为什么飞机不会被闪电击落？| No.73
新学期伊始
很多小伙伴也坐上了通往学校的飞机
没坐过飞机的时候
你会不会也觉得飞机很危险
在白云中穿梭的飞机
为什么不会被闪电击落呢？
既然自行车车轮与地面的静摩擦力不做功，那是哪个力做功克服空气阻力做功？
By JackieA
我们把讨论限制在平直公路上匀速行驶的自行车上。先公布答案：为自行车提供能量的力是运动员蹬自行车的力，也就是说人体的化学能为自行车提供了能量。但是克服空气阻力维持自行车匀速直线运动的力是地面给自行车后轮的摩擦力，不过这个摩擦力不为自行车提供能量。看起来是不是很奇怪？既然人体负责提供能量，那摩擦力看起来就是无用的了；既然摩擦力在克服空气阻力，那人看起来就不是那么重要了。但事实上两者缺一不可：可以想象，如果地面没有摩擦力，运动员狂踩自行车只能使车轮转的飞快而自行车并不前进；如果没有运动员的踩踏，就不会有车轮相对于地面的运动趋势，也就不会有地面摩擦力的产生。其实，摩擦力的存在只是该变了自行车的运动状态，使车轮获得的动能传递给整个自行车系统（可以想象被墙壁反弹的弹力球，弹力改变了它的运动方向但是没有给它提供额外的能量），使得自行车的质心具备向前的速度。
从上面的分析可以看出，我们既需要蹬踏自行车来输入能量又需要地面的摩擦力整合能量，这样才能让自行车行驶起来。
By
A
（图片摘自网络）
这是一个非常复杂的动力学问题，如果建模型的话要运动流体力学的知识，对旗帜做一下受力分析再解个拉格朗日方程之类。恩，其实我们就没有太完美的方程来描述空气的流动（由于非线性效应，即使简单描述空气流动的方程也非常难解，不然天气预报只能预测短暂的未来天气，其准确度也不是百分百。），更遑论在这个基础上来解关于旗帜飘动的方程了。
不过要是定性分析的话，这也是很容易理解的。首先，空气流动（就是风啦）并不是定常流动，也就是说在流动的过程中密度并不是不变的。简单理解就是即使离得很近的两点（如旗帜两面），其风速大小也是可以有差别的。我们把旗帜两侧很小的区域分别看成定常流动，根据伯努利方程，风速大的地方压强小。这样风速小的地方就会压着旗帜向风速大的地方飘动。一边变成谷（如图五角星区域背面）一边变成峰（如图五角星区域正面）。这时鼓起的一面就会直接受到风吹的力，受力又会大过谷的那一面，于是风又吹着旗帜向另一面方向飘动。如此往复。
一直困扰我的问题是，眼睛里的晶状体不是相当于一个凸透镜么，按照透镜原理，物体反射的光线通过晶状体以后到达视网膜的时候物体不应该是倒立的吗，为什么我们看到的物体是正立的？
By ？
A
从眼睛的剖面图我们可以清楚地看到台灯在视网膜上所形成的像确实是倒立的，但是为什么这个像在我们看来是正立的呢？其实，成像只是我们“看东西”的其中一个环节（具体参考上期问答：为什么太阳是黄色的，但阳光是白色的？ ），具体到这个实像对于我们来说意味着什么还需要大脑对它进行解读。解读过程就是大脑告诉你视网膜上的像和真实的物体具有什么样的对应关系。所以，即便是倒立的像在经过大脑的解读方法正确它在我们看起来也是正立的。
如果读者对这个说法还有些疑惑，不如我们来看一下George M. Stratton在研究神经适应性时所做的实验：Stratton只做了一个特殊的眼镜，这个眼镜会颠倒物体在视网膜上的像，也就是说台灯在视网膜上会成正立的像。当Stratton戴上眼镜后的前四天里（一直戴着），他觉得整个世界都颠倒过来。直到第五天，他发现他看到的东西又正过来了。所以，我们可以得出结论，你看到的东西是什么样子，不光和视网膜上的像有关系，还和大脑的解读方式有关系。
参考资料：
https://en.wikipedia.org/wiki/Neural_adaptation#Experimental_support
为什么猫的眼睛会在一天变化好几次？
By 。。。
A
题主所说的变化应该就是指瞳孔大小的变化。图中猫的眼睛中间黑色的部分就是瞳孔，瞳孔是光进入眼睛的入口。大的瞳孔意味着可以有更多的光进入眼睛，小的瞳孔自然就减小了进光量。猫之所以在一天内会改变瞳孔的大小是为了让自己可以在一天中不同时间都可以适应环境的亮度。所以猫的瞳孔会在阳光下变成一条缝，在阴暗处全部打开，这样猫就可以在昏暗的环境中看清物体，瞳孔的作用和相机的光圈相似。
如果读者有过配眼镜散瞳的经历，那你一定对瞳孔调节的重要性有着深刻的体会：散瞳后在亮处会被“亮瞎眼”。原因就是散瞳麻痹了眼部肌肉，这些肌肉会参与瞳孔大小的调节，散瞳的结果就是使瞳孔始终处于完全打开的状态，而不是随着亮度的改变而改变，所以即便是在不太亮的环境中你也会觉得刺眼。
A
俗话说的好，常在河边走，哪有不湿鞋。那么像飞机这种经常在天上飞的，会不被雷劈嘛？
这个事儿可以按概率来考虑一下，即是我们假设被劈是一个概率极小的事件，但是从1903年莱特兄弟成功飞行到现在，飞机的历史已有一百多年，这一百年间飞机飞行的次数数都数不清了，在如此大量的实验面前，概率再小（况且一个金属物体被劈的概率也不是那么小）的事件也会发生吧。
事实上，飞机被闪电集中，据说是“寻常事儿”！！！！虽然飞机飞行的平流层很少有雷电，但是在起飞降落阶段，却很容易被雷电击中。据统计，航空公司一架飞机平均每年会被闪电击中1次。
（图片来源：Halldor Gudmundsson)
不过我们确实没怎么听说过飞机会被闪电击落，这是为啥嘞？我们对于静电屏蔽很熟悉，对于金属或者电的良导体形成的导电层（例如法拉第笼），会对电场有屏蔽作用，使导电层外部的电场影响不到导电层内部，即导电层内部的电场强度为零。当然这是对于静电场这种理想情况，而闪电要复杂的多，会做出响应修正，不过导电层内部的电场也不会很大。而飞机的金属外壳也很像这种法拉第笼，对外部电场（闪电）有很强的屏蔽作用。所以，只要将金属外壳与飞机内部的电子设备和乘客有很好的隔离（绝缘体），就能保证外部的电场（闪电）对电子设备和乘客造不成影响。嗯，飞机的设计者早就把这个考虑进去了，这种隔离做的是非常好的啦。当然也有些简陋的飞机，这种隔离做得不是太好，也会被击落（闪电击落印尼一小飞机：http://shizheng.xilu.com/20140901/1000150002979516.html）。这样的情况太少，我们就很少听说了。
这里再多说一句，汽车的金属外壳也可以认为类似于法拉第笼，能对闪电形成有效的屏蔽。所以在雷雨天，躲在汽车里面是可以有效的避免雷击的呀。为什么近视眼镜镜片的影子在离影子比较远的地方影子几乎是纯黑的，而贴近影子时，镜片的影子消失了
By wyx
A
从本质上来说，近视镜片是一对凹透镜，凹透镜的存在会使通过它的平行光发散、发散光更发散。正是这个特点导致了题主所说现象的出现：当光线通过凹透镜，光线变得发散，且在凹透镜后距离镜片越远发散得越开。读者可以想象，原本照在一平米表面上的光被扩散为两平米，其直接结果就是照在承接面上的光变得稀疏，这个面看起来就会变暗。从凹透镜的光路图我们可以看出，距离镜片越远，光越发散，也就是光变得越稀疏，这就形成了阴影，并且越远阴影越明显（光线越稀疏）。如果贴近镜片，光线还没被扩散的很厉害，亮度并没有明显减小，所以影子就消失了。读者可以实验一下，其实放大镜下也有阴影，不过这个阴影和一般的影子情况不太一样，读者可以自行分析其中的原因。
By L
A
其实人们一开始没有思考动量这个概念，而是思考动量守恒。它起源于16-17世纪西欧哲学家们对宇宙的运动的思考。当时的哲学家观测周围的事物诸如弹跳的皮球、飞行的子弹、运动的机器最后都会停下来，于是就自然而然生出一种问题，天上的月亮会不会也停下来呢？根据当时人们的天文观测，没有发现天体运动有丝毫减少的迹象，于是当时的哲学家认为，宇宙中运动的总量是不会减少的，只要找到一个适合的量描述，就可以看出宇宙的运动是守恒的。最早由法国的笛卡尔（就是发明直角坐标系的那个）提出：质量和速率的乘积是不变的。但是后来惠更斯在研究碰撞问题的时候发现按照笛卡尔的定义，动量不一定守恒。最后，还是站在巨人肩膀上的牛顿把笛卡尔的定义改成了质量与速度的乘积，才真正意义上定义了动量并且写进了《自然哲学与数学原理》。然后，也还是牛顿，在研究开普勒第二定律（太阳系中太阳和运动中的行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积）的时候，隐约给出了角动量的定义，并且用平面几何的方法证明了在中心力下的面积定理（也写进了《自然哲学与数学原理》）。后来欧拉在他的《Mechanica》中也解决了一些角动量的问题但是没有进一步发展，伯努利提出了类似于现代意义上的角动量但是也没有严格化，后来几经倒手，拉普拉斯、Poinsot、傅科（利用傅科摆显示地球自传的那个）最后一直到1858年一个苏格兰工程师William Rankine在他的手稿中严格定义了角动量。理解角动量主要从角动量守恒来理解，它是一个人们偶然发现的封闭系统转动过程中的一个不变量，并且科学家最后证明在更复杂的情况下这个守恒依然成立。深刻（听不懂）的说，它是空间转动群的生成元，来源于系统对空间转动的对称性。（╯‵□′）╯︵┴─┴
参考文献：https://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum。
网上说薛定谔的猫既死了又活着，为什么？
By 匿名
A
微观粒子具有波粒二象性，因此用一个波函数来描述它是合理的。而一个波函数可以展开成诸多本征函数的叠加，这就是态叠加原理，就好比一个数可以写成好几个数加起来的形式。波函数描述粒子的一个状态，因此一个粒子的状态便是诸多状态的叠加。在薛定谔的猫的实验中，粒子处于衰变与不衰变的叠加态，而如果衰变则会释放毒气将猫毒死。我们必须明确一点，态叠加原理是微观粒子所独有的，因为我们用波函数来描述微观粒子。而对于宏观物体是不能用波函数来描述的，所以宏观物体不具备叠加态。粒子衰变释放毒气的过程相当于是对粒子进行了一次探测，即有一个探测装置一旦对粒子进行探测的结果是衰变，则释放毒气。这一探测的结果通过毒气的释放与否来表现，进一步传递到猫，表现出猫的死活。所以猫的死或活只是对粒子进行探测的可能结果的宏观表现。所以对于猫，我们只能说它可能是活的可能是死的，因为我们还没有探测，但并不能说猫处于生和死的叠加态。
本期答题团队：
物理所 螳吉呵呵、望江楼、patwf、可爱的你
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编辑：J.C.
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