为什么高速转动的机械经常会发生振动？| No.83
周末的早上
你想舒舒服服的睡个懒觉
却被窗外的割草机吵醒
你只有哀嚎
为什么它的声音这么响
风扇对干燥物体有降温作用吗？
By ljtA
风扇可以帮助干燥物体降温。一般我们会说加速空气流动可以加速液体降温，因为空气流动可以促进液体蒸发，蒸发带走了“高温”的分子，剩下了“低温”的分子。不过，用风扇对干燥物体降温的情形也不少见，电脑机箱里的风扇就是用来给CPU降温的。显然，这种情况蒸发派不上任何用场。风扇给CPU降温的原理是这样的：生活经验告诉我们，放在低温环境中的干燥物体降温更快。风扇就是保证了CPU一直处于一个温度较低的环境中。听起来好像很奇怪（不还是环境温度吗？），其实不然，如果空气不流动，被CPU加热的空气会积聚在CPU附近，这就造成CPU周围的温度比环境温度高，也就阻碍了CPU散热。风扇刚好把这部分这空气吹走，保证CPU附近的温度始终是环境温度，这就加快了散热。风扇加速其他干燥物体降温也是这个道理。
2Q为什么保温杯装热水后会变得很难打开？不应该热胀冷缩，更容易打开吗？
By 第三悬臂的麦克斯韦妖
A
阻碍你拧开保温杯的是杯子和杯盖螺纹之间的摩擦力，这个摩擦力和螺纹表面的状态以及杯盖上的压力有关。把热水灌入保温杯之后，杯子确实发生了热膨胀，不过此时杯子内的压强可以近似的看做等于大气压。盖上盖子后，盖子就截断了杯子内的气体和大气的联通。慢慢地，杯子里的水温度开始降低（无论多好的保温杯都不可能保持杯子温度一直不变），这时杯子里的气压就会慢慢变小，也就是小于大气压。所以盖子就会受到向下的净压力，这个额外的压力会增加螺纹之间的摩擦力，再加上净压力本身就会阻碍拧开杯子，所以保温杯就变得难以打开。
为什么同样是酒精，酒精喷灯的火焰温度比酒精灯高？
By 皮冻A
想了解为什么酒精喷灯的温度更高当然要先了解酒精灯和酒精喷灯的工作原理：酒精灯通过棉芯将酒精从瓶身中吸出，在棉芯表面和氧气反应燃烧，酒精是以液体的形态参与燃烧的。在使用酒精喷灯时要先在预热盆中注入酒精，点燃后铜质灯管受热。待盆中酒精将近燃完时,开启灯管上的开关。来自贮罐的酒精在灯管内受热气化，跟来自气孔的空气混合。这时用火点燃管口气体，酒精就开始燃烧。
从酒精灯和酒精喷灯的燃烧原理可以看出，酒精喷灯火焰温度高的主要原因是酒精以已气态的形式和氧气发生反应，所以燃烧非常充分，并且气体流速高，流量大，这也会帮助酒精喷灯提高燃烧温度。
为什么高速转动的机械经常会产生振动？
By 风过无痕
A
我们拿最简单的车轮来说明问题，在高速转动的过程中，车轮上的各个质点都在运动，轮子的质心是受这些质点的运动影响的，如果可以通过精确地制造工艺令车轮的质心刚好落在转轴上，那么，不论车轮转动多块，它的质心始终是不动的（毕竟转轴不动嘛）。这样就能保证车轮稳定的转动，但是如果质心没有刚好落在转轴上，质心就会绕转轴高速运动，质心的这种圆周运动就是振动的来源。高速转动的机械由于制造工艺、零件松动、高速转动中形变等原因往往不能使转动部分的质心始终处于转轴上，这样就会产生振动。在实际操作中我们总是想尽办法消除这种振动，然而，有时候我们也会利用这种振动：手机振动就是这样一个例子，它就是使用偏心轮（质心不在转轴上的轮）来实现“嗡嗡”振动的。
请问激光如何分类？为什么有的能够透视，有的能够切割？本质上有什么不同吗？
By 蒸豆子
A
激光是20世纪以来人类的重大发明之一，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。
针对激光的分类，有很多种方法，可以按照其切割的材料来分，也可以按照它的功率的大小来分，可以按照激光的波段分，激光设备按照波段可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐；按照激光器材料还可以分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型。
激光也是一种光，只是其产生方法的微观机制与普通光不同，电灯、日光灯等普通光是自发辐射发出的光，激光是原子受激发射而辐射的一种光。问题中提到的透视和X射线透视原理应该是一致的；而激光用于切割主要是利用激光能量密度大的特点，在短时间类加热被切割材料使其气化或熔化，达到切割目的。
激光从本质上而言还是一种光，还是属于电磁波，只是其产生机制与普通光不同，导致其具有强度高，单色性好、相干性好和方向性好等特点，从而可以有许多特殊的用途，或者在某些方面替代普通光，达到减少成本、便利快捷等目的。
什么是虹吸现象？它的原理是什么？
By 张京一
A
狭义的虹吸现象指将液体充满一根U形的管后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管从开口于更低的位置流出，如图所示，液体克服重力上升的过程中没有任何“泵”的作用。
经典的理论认为：液体在重力的作用下从出口流出时，会在虹吸管的最高处产生真空，形成负压，左边的液体在大气压和该负压之间压强差的作用下上升，进入虹吸管，持续不断地从容器中通过虹吸管流出，在这种理论中，大气压起着重要的作用，对应虹吸管高度有着一个极限值。但是实验上发现虹吸现象也可以在真空中发生以及超过高度极限，据此提出了类似于链式模型的“内聚力学说”。
（详见：https://en.wikipedia.org/wiki/Siphon）
请问为什么太阳高度越低，辐射热量越少呢？难道光线垂直入射大气层反射到外太空的能量会少吗？谢谢！
By 朝闻道
A
太阳高度是太阳高度角的简称，对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角，如图一，a即为太阳高度角。
同时我们用太阳辐射强度来定量描述示太阳辐射强弱，单位是W/m2，假设太阳光是平行光，太阳辐射强度就代表单位时间单位面积上太阳辐射的能量多少。影响太阳辐射强度的因素有很多，包括日地距离，海拔高度，大气状态等有关 ，太阳高度角也是很重要的影响因素。从单位上看，前三者主要影响太阳辐射功率，即单位时间辐射的能量，后者主要影响辐射面积。如图二，太阳高度角越小，辐射面积越大，单位面积辐射功率越小，辐射强度越小；反之，辐射强度越大。为了便于理解，我们假想用刀去切一个圆柱，当垂直于圆柱去切时，我们得到最小的面积，是一个圆；而当我们斜切时，得到的是一个椭圆，其短轴为上述圆的半径，长轴大于短轴，其面积∏ab (>∏a2），大于圆的面积，有兴趣的同学可以切一切家里的黄瓜做个实验哦！
当然，从光学角度讲，当太阳光入射大气层时，其透射率和反射率与角度是有关的，同时也与介质折射率的相对大小有关。
在天空中多高的位置装一面多大的镜子，可以让我们在地上看到地球的影像，比如像看到月亮这般大小？
By 吕奕民
A
在回答这个问题之前需要回答另一个问题：一个物体看起来的大小和什么有关？显然，看起来的大小不只是由物体实际的大小决定的：天上的飞机看起来很小，但是落在机场的飞机非常巨大。其实，物体看起来的大小是由物体形成的视角决定的。视角就是视线和物体边缘形成的夹角，在图中就是α角。
所以，只要地球的像形成的视角和月球的视角一样就能保证地球的像看起来和月球一样大。我们知道地球的直径是月球的3.68倍，所以只要像距离地球是地月距离的3.68倍就可以了，也就是约1398400km（取地月距离380000km）。我们又知道，平面镜所成像和物是关于平面镜对称的，所以巨大的镜子需要摆在像和地球的中间位置，也就是距离地球699200km的位置。关于镜子的大小（保证在一个固定点上看到整个像），可以从下图看出。
图中左侧是像，右侧是物，中间是镜子，从相似三角形的关系可以看出，只要镜子的尺度是像的一半就可以保证看到整个像，所以镜子至少应该是半径3200km的圆形镜子。
本期答题团队：
物理所 螳吉呵呵、勿用
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编辑：Fi、J.C.
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