二狗子，你怎么飘了……

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二狗子，你怎么飘了……

From Cloudiiink 中科院物理所 2019-04-02

「二狗子，你飘了」

发达的互联网让这句东北话传遍了全国，以前听见人在吹牛，或许还会说你怎么吹牛吹上天了呢？现在一个「飘」字，就把自大、一个人做事情不切实际和吹牛吹上天多种含义都表现得淋漓尽致，不可谓不形象生动了。

不得不说东北话真的是特别魔性，什么类似「扎心了」「滚犊子」「我的心拔凉拔凉」，小编作为一个土生土长的 lán fāng 人，口音都要被带歪了。

提起「飘了」，可能太空站最符合大家的第一印象

所以哪天你们在语文试卷上遇到了这样一道题目：请简要赏析「二狗子，你飘了」这句话中「飘」字的妙处，千万也不要觉得意外。

关注中科院物理所，还能跟鬼才小编学语文，没想到吧

重新回到正题上，今天我们就来聊聊，怎么科学地「飘」起来。

阿基米德定律

Archimedes’ Principle

提起漂浮，我们脑子里最先想到的肯定是浮力，自然也就离不开阿基米德定律。

用锡箔做成的小船飘在了「空气」中

我们可以看到，用锡箔做成的小船飘在了「空气」中。难道人类发明了万有斥力，可以让小船克服重力，悬浮在半空中[1]？

随着下方气体逐渐倒入小船中，小船也慢慢沉了下去

对不起让你们失望了，人类目前并没有这种看起来就像科幻片里面的科技。实际上，在大缸里面的灌注的气体是六氟化硫，一种无色无味无毒的气体。其和空气最大的区别在它的密度几乎是空气密度的5倍。所以当我们从缸底部舀一勺的六氟化硫气体，倒在小船里面时，小船就晃晃悠悠地沉下去了。

大家在网上其实也会看到过那种因为海水过于清澈，从而看上去船像浮在空中一样的照片，两个都是同样的障眼法。

意大利，兰佩杜萨岛（Isola di Lampedusa）

气流悬浮

Aerodynamic levitation

利用气流，我们也能有很多骚操作，比如，把鸡蛋放在高压锅的出气口上

或者让乒乓球悬停在电吹风的上方

空气对球的作用力与其重力平衡

气垫船利用高于大气压的空气，让船体部分脱离或者全部脱离水面和地面，从而达到减小阻力，高速航行的目的。

谁说水上就不能飙车了

超声悬浮

Acoustic levitation

超声悬浮，顾名思义，就是通过超声波来让物体悬浮在空中。它的优点在于不需要直接接触。超声波一般由超声换能器产生，由压电材料制成，将电流转化为超声频率的震荡。

悬浮在节点附近的小液滴

当超声波在两个平面之间来回反射时，如果波长和平面之间的距离满足一定关系，就可以产生驻波。驻波的节点处声压为零。当小球偏离一点节点位置时，声压就会推动小球重新回到平衡处。超声悬浮的本质是在高声强的条件下的一种非线性现象。

超声悬浮可以实现物体的搬运

1886年，德国科学家 Kundt 就发现了在谐振管内，声波可以让一些微小颗粒悬浮起来，从而开启了人们对于声波悬浮的研究。到了1964年，Hanson 等人制成了世界上第一台超声驻波悬浮器。目前超声悬浮的使用范围不仅局限在拾取小物体，更可以让小生物悬浮起来。只不过对于物体的尺寸仍旧有所限制，不能超过声波波长的1/4。[2, 3]

二维的声场示意图

磁悬浮

Magnetic levitation

我们在日常生活中见到过很多具有磁性的物体，比如磁铁，比如指南针。我们生活中所有的物体都有磁性，只不过和它们的磁性比起磁铁，只有其一百万分之一。所以我们一般认为它们并不具有磁性。但是，如果我们的磁场足够强，那情况就不太一样了[4]。

悬浮在磁场中的青蛙，凭借这只青蛙，安德烈·海姆成功获得2000年搞笑诺贝尔物理学奖。后来他靠着石墨烯赢得2010年诺贝尔物理学奖，这就是后话了

在强磁场的作用下，磁场的梯度（准确地来说是磁场平方的梯度）会给物体产生作用力。想要悬浮起一个磁性并不是那么强的小物体，需要的磁场为1T到10T（不要觉得这个数字很小，我们日常生活中无处不在的地磁场0.000025T到0.000065T之间，一个磁力较强的冰箱贴的磁场强度大小约为0.01T）。如果想要悬浮起比较大的物体，就需要其磁性较强了，比如一点都不允许内部磁场的存在，具有完全抗磁性的超导体。

飞驰的超导体

利用磁悬浮，我们也可以很方便地熔融金属。

静电悬浮

Electrostatic levitation

既然有磁悬浮，那肯定也有静电悬浮。但是静电悬浮并不那么容易实现，一来它要求物体带电，第二点更为致命，根据恩绍定理（Earnshaw's theorem），仅仅依靠电荷之间的静电相互作用，我们并不成构成一个稳定静止的力学平衡结构。

美国宇航局的 JPL 实验室实现的静电悬浮

不过万幸的是，仍然存在不是稳定平衡的平衡点。依赖反馈技术实时调节电场，我们依旧可以实现静电悬浮。第一个静电悬浮器是由 Won-Kyu Rhim 博士于 1993 年在美国宇航局的 JPL 实验室发明的。他们把直径为 2mm 的带电样品悬浮了起来。

密立根油滴实验装置图

不过如果要说准静止的话，历史上其实已经有很多的应用了，比如著名的密立根油滴实验。与喷嘴摩擦从而带电的油滴被喷入电场中，通过分析其受力和运动情况，我们就能测量电荷的大小。由于电荷的最小单位是e，所以通过测量得到的分立的电荷值，我们最终确定了电子电量的大小。

飘了飘了

Floating~~

看完了这些你见过的没见过的花式操作，