沙尘天怎么走路能少吃土？| No.55
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请原谅小编把大家勾进来了
说实话我也不知道问题的答案。
如今
北方在下尘土
南方在下雨
所以
如果不能回答
怎么走路可以少吃土的问题，
那么
怎么走路可以少淋雨呢？
科学没给你意外的答案，
但给你了对常识量化的公式。
如果有点失望的话
在这魔性的沙尘天气里，
还是脑洞大开一下：
天上下土又没戴口罩，
怎么走路能少吃土？
下雨天走慢点淋的雨多还是走快点淋的雨多？有没有相关公式表示淋雨量？
By 我要搞个大事情
A
淋雨量问题是数学建模的经典问题，也是大家讨论较多的问题。从道理上讲，淋雨量只取决于人看来的“雨流通量”和时间。鉴于模型不同，这里只给出一个简单的计算公式：m=ρvrSet。其中m为淋雨的总质量，ρ为雨的质量密度，vr为雨滴和人的相对速度，Se为垂直于vr方向的人体的投影面积，t为淋雨时间。如果将人体简化为长方体，计算给出：在无风或者迎着雨的情况下，则淋雨量和人行走速度的倒数呈正线性关系。所以跑得越快，淋雨越少。不过小编很欣赏淋了雨不跑还能思考怎么淋雨更少的同学_(:з)∠)_
化学键的能量是电势能吗？化学反应前后能量变化是电势能变化吗？
By Rubp
A
我们都知道，化学键分为离子键、共价键和金属键。另外还有分子间比较弱的范德瓦尔斯键和氢键。从本质上说，分子或原子的结合形式是哪种键只是一种人为的规定。对化学键较为严格的处理是将原子之间的结合力归因于满足薛定谔方程的体系里所有的原子核和核外电子的静电相互作用，而化学反应的实质就是电荷的重新分布。
从量子力学的角度看，电子处于一系列能量本征态，而这能量既包含动能也包含势能。成键只是使得体系的总能量降低。所以，如果非要界定化学键的能量，更为准确的说法是：化学反应前后的变化的电势能和电子动能。
化学能和质能有关系么？
By ceiling
A
精简地说，这个问题相当于：化学反应前后，体系的质量是否发生变化？如果考虑相对论会怎么样？
化学中所说的质量守恒定律，实际上是“拉瓦锡质量守恒定律”，本质上是由于化学反应只涉及原子的重新组合和排列，反应前后原子总数以及原子本身“质量数”不发生变化。然而这里并没有讨论其中场和电子的质量变化，或者说没有考虑“化学键的质量变化”。我们知道，质能方程E=mc2将质量和能量统一起来，它是普遍成立的，不管是核反应、化学反应、生物过程，还是基本的运动学过程；适用对象也是普遍的，不论是巨大的星体还是微小的粒子。一个星球或一个电子逐步加速的过程中，动能增加，质量也增加，且增加的质量等于外力对其做的功。化学反应过程中，体系的化学能本质上是键的断裂与生成导致的，更基本地，是由于其中电子状态的改变导致的，包括电子位置改变导致的势能变化、速度改变导致的动能变化等，这同样导致体系质量的改变，包括场的质量变化和电子质量变化。只是由于化学能太小而E=mc2中又有个很大的光速平方项，从而质量变化不明显罢了。实际上，一个氢原子的质量略小于裸质子（H+离子）和裸电子（e-）的质量和。1 公斤TNT炸药爆炸产生的能量为4.2*106 焦耳, 反应后质量减少了4.7*10-8克。
若空气中物体以音速运动，音爆和音爆云是否一直伴随？据说孙悟空是以音速飞行的，因为他的筋斗云就是音爆云，是真的吗？若在水中以音速运动又是怎样的情况呢？
By 梦醒时分
A
声音的本质就是介质振动的疏密波（纵波）。一架飞机飞行的过程中碰撞空气产生振动，这种振动就以声波的形式向外扩散。
当达到音速的时候，飞机在碰撞自己跟前的空气，而空气却来不及将这种挤压扩散出去，因而被紧密压在一起，对飞机产生剧烈的阻力和扰动，这一现象叫音障。
在这一过程中，被挤压的空气有很大的压强，高压下空气中的水蒸气被液化成小水滴，形成一片白色的“云”。这一现象就叫音爆云。
音爆云和音爆都只在飞机突破音速的那一刻产生，一般来说持续几秒钟——没有飞机会一直卡着音速飞行。速度完全超过音速以后，飞机自身反倒平静了许多。飞机仍在碰撞空气，但它将自己发出的声音甩在了身后，本来应该以球面波形式传播出去的声波波前此时形成了一个锥形面——飞机在锥尖的位置。
对于飞机外面的人，你在“声锥”之外时什么都听不到。当声锥界面经过你的位置时，空气压强的突变会使你听到如爆炸一般“砰”的一声，这就是音爆现象。之后你在声锥之内了，听到的就是正常的飞机飞行声。
上面描述的“声锥”有个学名叫激波。在任何介质中，点波源的速度超过介质中的波速，都会产生激波现象。水中声速为1500m/s左右，如果一个物体能在水中超过这个速度，想必会产生比空气中更加剧烈的激波现象，只不过这样的现象很少被观察到。
虽然水中声速很快，但水面波（就是扔一块石子表面的涟漪那种波）却往往波速很慢——一般只有几米每秒。跑得快的船在水面可以产生艏波，这也是一种激波现象。
事实上，这一现象甚至对光也成立。真空光速是不可超越的，但介质中的光速却可以。一些高能粒子可以具有比介质中光速更高的速度，这时也会发生类似的激波现象，学名叫切伦科夫辐射。这一现象在高能粒子的探测中有重要应用。
太阳不是主要是氢氦占大部分比例吧，怎么阳光中合成光线是白色的？其他元素占比这么少，光谱线应该占比也不大，所以合成白光的可能不大。
By weixinsanshuo
A
我猜你想问的大概是：太阳主要成分是氢氦，为什么不像氢气燃烧时那样发淡蓝光。回答这个问题，简单说就是：太阳光谱是热辐射的结果，而不是原子跃迁的结果；而氢气燃烧的淡蓝光是原子跃迁的结果。
物体发出单个光子有多种层次，例如分子层次上的，能量小，一般是微波；原子层次上的一般是近红外到近紫外（包括可见光）；或者原子核层次的，一般则是X射线和射线。当然也有因粒子速度变化（例如碰撞）发出光子的。
这里你考虑氢、氦或者别的元素发出光谱的问题，我想你是在考虑原子层次的发光。例如氢元素的发光，根据玻尔原子模型（围绕原子核运动的电子只能在特定轨道上运动），如果氢原子外面的电子从一个高能级轨道跃迁到低能级轨道上，那么就会放出一个光子来。例如电子从n=3的轨道跃迁到n=2的轨道，就会释放出一个波长为656.3nm的光子（对应红光）。
由于每个原子跃迁释放的能量都是固定的，所以当它们的电子从高能级跃向低能级时，就会释放出特定的光子，每种原子都会对应自己独有的一个发射光谱。宏观上来说，我们看到氢气燃烧时会呈蓝光，钠离子会呈黄色等，这是它们的特征谱。
反过来说，如果原子的电子从低能级跃迁到高能级，那么它就会吸收特定波段的光。例如假如我们用全光谱的光去照射氢气，从另一面收集到的光谱上就会有一些被吸收的线条，这正是之前氢原子发射光谱对应的光谱线。
再来考虑太阳的发光问题。它首先是发生在原子核水平上的。太阳之所以发光，从本质来说是它内部的氢核在高温高压下发生核聚变，4个氢原子聚变成1个氦原子；由于4个氢原子的质量比1个氦原子的质量稍大，根据爱因斯坦的质能关系，减少的质量就转化为能量，以γ光子的形式辐射出去。但是太阳内部粒子的密度太大了。这些辐射出去的γ光子不断地与其他粒子碰撞。根据计算估计，一个光子若要从太阳发生核聚变的地方跑到太阳表面，平均需要1万年。可怜的光子！经过1万年的挫骨削皮，早已变得面目全非了。那么我们该如何考虑太阳发射出的光呢？
要从统计的角度来考虑。按照目前普遍的看法（观测也证明如此），太阳是一个近似的黑体。所谓黑体，就是所有照射到它表面的辐射都完全被吸收，而不会反射，它发出的光线来源于其热辐射。所以只要有温度，黑体就会辐射出电磁波，电磁波的波谱服从普朗克定律。这就是所谓的黑体辐射。太阳表面温度大约为5500-6000K（℃ =K-273），它辐射出的光谱如下
黄色的是大气层上方的太阳光谱，黑线是5250℃的黑体辐射，红色则是经过大气层吸收后海平面上测量的太阳光谱。
我们可以看到，太阳光谱在可见光波段（390到700nm）的强度是最大的。此外，还可以看到在光谱上有锯齿形形状，这是太阳表面大气中各种元素（例如氢、氦等）对光谱吸收的结果。
专门从事物理学史的研究对物理学的发展来说是否多此一举？
By 爱物理
A
兄弟，库恩第一个表示不服。详情请看他写的《科学革命的结构》。（忽略这个答案）
怎样理解旋度这个概念？
By 夜空不会黑
A
旋度描述的是矢量场的性质。如果把矢量场记为U，则U的旋度可以表示成rota=∇×U。让我们看看这个公式是怎么来的。矢量场U是分布在一定的空间区域内的，我们可以先在这个空间内画一条简单的闭合曲线Γ，然后在这个曲线上做一个积分
如何理解k空间？
By 五一沉迷学习的小菜
A
简单说K空间就是动量空间，是位置空间经过傅里叶变换后所对应的空间。类比时间和频率的关系，我们可以理解k空间为位置的频率空间。
举例：考虑轴传播的，y方向偏振的，电场振幅Ey(x,t)随着时间（空间）的分布图像，这意味着我们可得知任意时刻（位置）电场Ey(t) 振幅的大小。接着对含时（空间位置）电场进行傅里叶变换，我们可得电场的振幅Ey(ω)( Ey(kx) )随着频率（波矢）的分布图像。
而如何理解k空间与位置空间的联系，考虑固体物理中的晶格情形：
位置空间中的晶格总长度L（最大空间长度），对应于k空间的最小动量间隔的2π/L。
位置空间中的晶格常数a（最小空间长度），对应于k空间的布里渊区长度2π/a（有效动量分布的区域）。
将上面的关系更加量化地表示出来。考虑位置空间的Gauss波包
注：大家都知道Gauss波包是量子性质最彻底的，因为其动量位置的方均根偏差的乘积是最小的。上面的关系说明，在深入到量子领域，我们对位置空间掌握的信息越精确（σ越小），则对动量空间的了解越模糊（σ越大）。因此对k空间的理解不可避免地牵扯进对位置空间的了解。
本期答题团队：
物理所 李治林、清华 物理系42的同学、大化所 J.Baker、 理论物理所 W.Jia
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编辑：PXL
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