啥，真有子弹能拐弯？| No.309
“枪斗术”
想必大家都不陌生了
我们都知道正常的子弹出膛后
是不可能拐弯的
那“不正常”的子弹呢？
子弹究竟有没有可能拐弯呢？
Q1
一秒钟是多久，怎么去定义他?
by TT
答：一秒就是“嘀嗒”一下的长度
。 大致一秒钟闪烁一下[1] 一秒有多长确实是个定义的问题。
最初，秒是通过天文观测定义的。1960年之前，公认的一秒是“平均太阳日的1/86400”[2]；1960年的国际度量衡会议上，秒被定义成“一个回归年的1/ 31,556,925.9747”[3]。随着量子力学的发展，人们发现用原子跃迁所发出的光的频率来定义秒可以比天文方法更加精确。在1967年，秒又被定义成了“铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所对应辐射电磁波的9,192,631,770个周期所持续的时间”[3]。在这个定义中，铯133原子需要被放置在海平面上，所在环境是零磁场，并且在绝对零度时必须静止。
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q2
沸石和碎瓷片为什么可以防止暴沸？
by 匿名
答：提供小气泡作为汽化核心。
先讲讲沸腾的机理。液体内部和容器壁上有很多小气泡，其内部气压显然等于饱和蒸汽压。当温度上升，饱和蒸汽压也随之增大，如果超过外界气压，则气泡无论如何胀大都无法保持平衡，就会骤然胀大并在浮力作用下上升至液面，破裂并放出其中的蒸汽，这就是沸腾。
沸腾时，液体内部和器壁上的小气泡起着汽化核心的作用，它使液体在其周围汽化。如果缺少汽化核心，即使超过沸点液体也可以不沸腾，这就是过热液体。即使没有小气泡，由于涨落，过热液体内部有些地方的分子仍可以克服彼此之间的吸引力形成微小气泡。由于气泡仅有数个分子间距离大小，其内部的蒸汽压很低。但是，在温度大大高于沸点时这些微小气泡中的蒸汽压就能超过外界压强，引发剧烈沸腾，这就是暴沸。
无论是沸石还是碎瓷片，都是多孔材料的一种。它们被放入液体中时表面就会带有小气泡，也就是汽化核心。因此它们可以防止液体过热暴沸。所以，如果要连续煮记得拿出来给沸石补补空气哦！
参考资料：
[1]李椿, 章立源, 钱尚武. 热学 (第二版)[M]. 高等教育出版社, 2008.
by fiufiu
Q.E.D.
Q3
激光打印机的原理是什么？
by TT
答：说到激光打印机的原理，我们先了解一下激光打印机的结构。一般的激光打印机是由感光鼓，充电棍，激光器，墨盒，转印棍和定影器组成。
1.充电部分
当打印机接收到打印指令时，打印机会先使用高压电给打印机的充电棍充电，此时充电棍就会带上某一极性的电荷（我们假设是正电荷），之后当充电棍和感光鼓（也就是我们俗称的硒鼓）就会均匀地带上正电荷。
2.曝光部分
在带电的感光鼓受到激光照射时，受到激光照射的部分被激发，其电荷就会被导走，只剩下未被照射到的部分。此时，我们如果经过编程，使得激光只照射在我们不需要留下墨迹的地方，那么我们就可以在感光鼓上面留下的电荷形状就恰好是我们需要的图形了。
3.显影部分
当在特定位置带电的感光鼓经过墨盒之时，由于静电吸附效应，感光鼓此时带电的位置就会吸附一定的墨粉，此时感光鼓上面的图形便是我们需要的图形了。
4.转印部分
此时，我们把纸张夹在感光鼓和转印棍之间，由于转印棍也带一定等电荷，中和了感光鼓上面的电荷，墨粉就会被转移到了纸张上面，此时如果你把纸拿出来，就会发现纸上面已经印上了你想要的图形了，但是，由于墨粉只是简单的吸附在了纸张上面，现阶段的墨粉非常容易脱落，那么我们就需要固定墨粉了。
5.定影部分
上一步在对应位置我们已经吸附了墨粉等纸张还需要经过固化定影才能让墨粉牢牢地固定在纸张上面，定影器就可以通过加热让墨粉融化，从而进入到纸张纤维之中，来达到永久保存的目的。
6.收尾
再经过以上几个步骤之后，我的打印文件已经完成了，但是还需要把感光鼓上面剩下的墨粉或者电荷清除干净，以便开始下一次打印任务。
by polarbear
Q.E.D.
Q4
子弹可以拐弯吗？
by 绿旋风⚡️
答：提到子弹拐弯的话题，就不得不想到枪斗术：
枪斗术 | 图片来源：枪神传奇 剧里是这样描述子弹拐弯的原理的：“射手在子弹出膛的一刹那手腕急速地抖动，这种抖动给了子弹一个水平的加速度，从而形成了一个弧线”。随后，剧中的子弹在空中拐弯，射中了灯泡。然而，当子弹从枪中射出后，便不再会受到手腕施加的水平加速度，因此会保持初速度，近乎直线地运动。这样的枪斗术不仅不能让子弹在空中拐弯，而且会因为手腕的抖动而难以瞄准，更难击中目标。
那么，有科学的方法能够让子弹拐弯吗？
即使不施加任何干预，子弹的轨迹也并非总是直线。这是因为子弹在飞行过程中会受到重力，风力，甚至雨滴碰撞的影响。由于子弹的速度非常快（低则数百，高则上千米每秒），在近距离射击时，子弹的轨迹很难产生明显的弧度。但是远距离射击时，这些因素的影响会逐渐凸显。下图是两种枪支重力影响下的典型弹道图，横坐标单位为米，纵坐标单位为英寸。
M4 卡宾枪和M16A2 步枪的典型弹道图 | 图片来源:wiki 对子弹而言，英尺级的偏差足以影响其命中率。外部弹道学就是研究这一现象的学科。有经验的狙击手在远距离射击时，会考虑风力、重力等因素的影响，并通过狙击镜上的十字刻度线精准命中目标。
以上的子弹拐弯是受环境影响的被动拐弯，随着军事技术的发展，世界上也出现了一种能够主动拐弯的子弹：智能子弹。
手握智能子弹枪支的美军 | 图片来源: wiki 2008 年，美国国防部的EXACTO计划，开发了制导智能子弹和改进的瞄准镜。这种智能子弹的确切技术尚未公开。2012 年，美国桑迪亚国家实验室展示了一种智能子弹，可以跟踪用激光指示器照亮的目标。该子弹能够每秒更新 30 次位置并击中一英里外的目标。2016年，俄罗斯也宣布开始研发这种技术，旨在击中最远 10 公里的目标。
参考资料
by YJY
Q.E.D.
Q5
核反应中有质量亏损，质量守恒怎么理解呢？
by 匿名
答：质量守恒定律最初是在1756年由俄国化学家罗蒙诺索夫首先提出，后由拉瓦锡独立验证并推广。当时质量守恒定律的内容是，封闭系统中无论发生何种反应，系统的总质量都不变。不过，当时的科学家尚未认识到核反应，自然也不会发现质量亏损，定律中表述的反应指的是物理变化和化学反应。19世纪，焦耳等人提出了能量守恒定律，但人们并未将能量守恒与质量守恒联系起来，两者是独立的。
时间来到1905年，爱因斯坦提出了质量和能量的等价性：如果一个物体的质量为，则它的能量为。质量守恒和能量守恒也被联系起来，合称质能守恒。原子核的质量亏损是因为该过程会大量释放能量，因此原子核的静质量比质子中子的静质量之和小。
因此，质量亏损和质量守恒并不矛盾。这里的亏损只是反应前后静质量的亏损，但动质量也是质量，它是体系动能的体现。静质量只是整个系统的能量的一部分，整个系统仍然满足质量守恒。
by fiufiu
Q.E.D.
Q6
气体压强和气体的浮力都是怎么产生的，两者有联系吗？失重条件下，气体仍有压强，但还会产生浮力吗？
by 天平中央
答：有一定量的气体密封在一个盒子里，气体分子在其中做永不停息的无规则运动，与此同时，气体分子还在发生着不断地碰撞。当气体分子撞向容器壁并且反弹回来时，它就会给容器壁一个冲量，从宏观层面上看，一定时间内会有许许多多的气体分子发生这样的碰撞，平均下来的效果就像是有一个力均匀地施加在单位面积的容器壁上，这就是压强的来源。下雨时雨水淅淅沥沥地打在雨伞上，其效果就像一直有一个力施加在伞面上，也是类似的道理。
我们把这个盒子放在失重的地方，气体朝各个方向的压强不应出现差别的。另外，盒子中不同位置处的压强也应该相同，否则，宏观上看气体会从压强高的地方被推向压强低的地方，直至各处压强相等。如果此时在盒子中放一个静止的小球，小球就会受到垂直于表面向内的均匀的压力，小球不会移动，也没有浮力。（注：数学上可以证明此时其他形状的物体也会处于受力平衡的状态，计算气体压力在各个方向上的分量即可）
如果将盒子放在地球上，这时气体分子会受到向下的重力，从宏观上来看，原本均匀分布的气体就会被向下推动，导致下方气体更密、压强更大。那么当我们放入一个小球时，下方气体把小球向上推的力就要大于上方气体将球向下推的力，总的来看，气体对小球的力是向上的，这个向上的力就是浮力。换句话说，浮力源于重力带来的气体压强的不均匀分布，那么前面所述的失重情况自然也就不存在浮力了。
说到这里，问题已经讨论得差不多了，但是对于重力作用下的气体分布还有一些值得探讨的地方。我们往往会选择面积为，密度为，高度为的扁扁的柱体，列出受力平衡方程
来进行计算。看起来，我们所处位置的大气压强是头顶上高高的空气柱压着我们造成的。但当我们坐在屋子里的时候，头顶并没有空气柱，却仍然有大气压强。这时，我们就会想起气体压强的微观解释，即我们感受到的压强，确实是我们身边许许多多的气体分子碰撞我们产生的。另外还有一个问题，既然分子受到向下的重力，那么这是否意味着同一位置各个方向的压强不同呢。答案是否定的，我们可以在O点构造一个如下图所示的小四面体，当四面体的各边同比例减小时，该四面体受到的重力以长度三次方减小，气体压力以长度的二次方减小，因此在一个点附近，重力的影响可以忽略。
by 小小羊
Q.E.D.
Q7
广义相对论与狭义相对论有什么区别吗 ？
by 匿名
答：先回答有区别！这两个都是20世纪非常伟大的理论，但狭义相对论和广义相对论解决的问题差别很大，所以这也是我们现在把“狭相”和“广相”分别定义的原因。
核心区别：狭义相对论研究的背景时空是平直的，四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零[1]；而广义相对论研究的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。简单点说：狭义相对论是没有考虑引力的，而广义相对论是考虑引力场[2]。
狭义相对论最早提出于1905年发表的题为 《论动体的电动力学》，爱因斯坦第一次提出了一种区别于牛顿时空观的观点，它给出了两个基本假设：一切物理定律（除引力场下的）在所有的惯性系中都有效[1]；光速不变原理。通过狭义相对论也得到了几个我们俗知有趣的物理现象：时间膨胀和长度缩短。
广义相对论完成于1915年，它是对狭义相对论的推广，它也给出了两个基本原理假设：惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的；所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式[2]。广义相对论理论首次也把引力场等效成时空的弯曲，通过广义相对论我们也得到了经常听到的名词：黑洞，引力波。
下次小伙伴你们和身边的人聊天聊到黑洞和时间膨胀等问题等时候就可以仰首挺胸等说：嘿，你知道黑洞是广义相对论的例子吗？时间膨胀是狭义相对论的例子吗？
最后黑洞“镇楼”
银心黑洞照片[3] 参考文献：
[1]赵峥.《广义相对论入门讲座》连载①——狭义相对论[J].大学物理,2011,30(07):61-65.DOI:10.16854/j.cnki.1000-0712.2011.07.017.
[2]赵峥.《广义相对论入门讲座》连载②——广义相对论的物理基础[J].大学物理,2011,30(08):61-65.DOI:10.16854/j.cnki.1000-0712.2011.08.017.
Astronomers Reveal First Image of the Black Hole at the Heart of Our Galaxy
by justiu
Q.E.D.
Q8
惯性为什么和质量有关系？惯性的本质是什么？
by 一个有奇奇怪怪的想法的初三学生
答：首先我们需要简单认识一下质量和惯性到底指什么。惯性是反映改变物体运动状态的难易程度的物理量：伽利略的惯性定律表明若一个物体处于自由状态而不受干扰，则此物体将保持原有的运动状态；而牛顿第二定律进一步提供了具体的方法来确定在称为“力”的种种影响下速度如何发生变化。其最初形式为F=ma，F称为“力”而a是加速度。对不同物体这一正比关系的比例系数不同，对比我们今天看到的牛顿第二定律，不难发现所谓质量就是这一比例系数，它反映了改变物体运动状态的难易程度。由此看来，质量是一个描述物体惯性的参量。
从以上说明我们可以看出，惯性和质量其实提供了相同的信息，所以问“惯性”的本质其实是在问质量的本质。但是很遗憾，对于质量的本质这一问题仍然没有一个圆满的解答，只能根据已有的工作进行相对简单的回答。
首先是牛顿定律的修改与补充：除了我们熟知的牛顿三定律，还有现代补充的第零定律，即物质的质量等于构成它的各个组分质量和组分之间相互作用造成的有效质量的叠加。我们知道物质是有层次的（比如分子，原子，原子核直到基本粒子），组分质量只有深入到组分所在层次才可能被深入研究（比如在分子层次，每个原子的质量就是组分质量），在本层次无法被计算出来，只能通过唯象地引入质量参数来描述，在本层次作为粒子的一种固有属性。相互作用的有效质量在本层次则可以通过计算相互作用的结合能得到（举个例子：带电的粒子会拥有额外的“电磁质量”，事实上是改变其运动状态时会引起电磁场能动量变化，从而导致更难改变粒子运动状态。类似的例子还有原子核核子之间强相互作用产生的“质量”）。沿着物质层次不断深入，最终质量的来源追溯到基本粒子的质量来源基本粒子质量来源，根据现代物理学观点，基本粒子质量产生的机制有三种：
粒子与真空作用作用，导致对称性自发破缺：Goldstone粒子；Higgs粒子 粒子与粒子之间相互作用，导致粒子的混合与质量分裂：“跷跷板”机制 粒子与额外维空间作用产生质量：Kaluza－Klein 粒子 限于篇幅这里无法对这三种机制进行解释，如果还想进一步深究的话，可以看看我提供的参考文献。
参考文献:
[1]王青. 再论质量的起源[J]. 物理,2009,10:699-706.
[2]王青. 超导与规范对称性,希格斯机制与希格斯粒子——电磁学与电动力学中的超导Ⅱ[J]. 物理与工程,2014,04:3-10.
[3] Richard Feynman，Robert Leighton，Matthew Sands: Feynman Lectures on Physics
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编辑：穆梓
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