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老虎加速朝我跑来的情况下我也对着它冲刺,它会不会愣一下?| No.395

Frions 中科院物理所 2024-03-29



当你身处野外
突然一只老虎加速朝你跑来
如果你也向它冲刺
那会发生什么呢?
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1.橡皮为什么能擦掉铅笔写的笔迹?
2.时间有最小单位吗?
3.枪斗术是真的吗?可以实现通过手部快速抖动我让子弹射出路线弯曲吗?
4.爆米花是玉米粒的什么部分爆开的?
5.10除以3除不尽,为什么一根十米的绳子可以分成三等分?
6.晶体只有到熔点才会开始熔化,比如水,但是为什么没有一个固定的变成气体的温度呢,而是随时随地都能发生?
7.基本粒子的表面是绝对光滑的吗?如质子,中子,电子?
8.正经问,为什么屎是黄色的?而且不管吃什么都是?
9.假如野外老虎加速朝我跑来,我也对着它冲刺,它会不会愣一下?

Q1

橡皮为什么能擦掉铅笔写的笔迹?

by Bubble

答:

铅笔笔芯是石墨,由于石墨的层状结构容易剥离,因此在木浆纤维制造的纸张上划过时,摩擦力把笔芯的石墨磨成粉使其保留在纸张的表面形成笔迹。石墨仅粘在纸张纤维的表面,并不会像墨水一样深入纸张内部。因此如果有一种物质可以在基本不破坏纸张的情况下粘走表面的石墨粉就可以做到擦除字迹。这种东西就叫“eraser”(想想黑板擦也叫eraser),“rubber”是特指擦除铅笔笔迹的擦除器。

最早的橡皮擦其实是面包,蜡片甚至是砂岩。面包足够柔软,能够随着摩擦包裹石墨粉,其多孔性能够吸附一部分石墨。1770年爱德华·奈恩用天然橡胶(富有弹性易与纸张贴合)开发了第一款广泛应用的橡皮擦。之后为了使得橡胶更耐用加入了硫化工艺生产了硫化橡胶擦,再后来用石油制品(如丁苯橡胶和聚氯乙烯)生产的现代橡胶价格低廉,没有硫磺的刺激性气味,安全性和擦除性更好。橡皮擦能够擦除铅笔笔迹的原理总得来说就是橡皮有一定的粘性粘住了在纸张表面的石墨粉,同时硬度适中的橡皮在摩擦的过程中包裹着石墨粉一起脱落(否则石墨粉会在纸张表面摊开越擦越脏)就把铅笔的字迹擦除了。

参考资料:

  1. Priestley, Joseph (1770). A Familiar Introduction to the Theory and Practice of Perspective.
  2. J. John and J. Payne. A Familiar Introduction to the Theory and Practice of Perspective.
  3. Pearlstein, E. J.; Cabelli, D.; King, A.; Indictor, N. (1982). "Effects of Eraser Treatment on Paper". Journal of the American Institute for Conservation. 22 (1): 1–2.

by opzk

Q.E.D.

Q2

时间有最小单位吗?

by 厘米到米乘一百

答:

现有的物理理论可以描述的最小时间是普朗克时间。它是一个非常小的时间单位,其数值大小约为

,光在普朗克时间中传播的距离称为普朗克距离,由海森堡不确定性关系可以得到普朗克质量。这三个物理量是常用的普朗克量,它们之间是相互等价、相互关联的。


普朗克量被认为是宇宙的“极限”量,一方面普朗克质量是能稳定存在最小的黑洞质量,如果黑洞的质量小于普朗克质量,那么由于能量涨落会产生新的黑洞,从而这个黑洞不能稳定存在,同时它也是对撞机实验所能探测到的能量极限;另一方面普朗克能标是我们目前所有物理理论能描述的最高能标,对于普朗克能标以上的物理,我们没有任何理论可以进行描述,比如大爆炸发生的内宇宙的温度要高于普朗克能量,此时所有的物理规律将全部失效。

值得一提的是,虽然普朗克时间是目前最小的时间单位,但这并不意味着我们的时间是离散化的,它只是目前已知的物理理论所能描述的最小时间,关于时间更本质的东西还需要进一步探索。

参考资料:

  1. 普朗克尺度、普朗克时间和普朗克能标 - yubr的文章 - 知乎

by Sid

Q.E.D.

Q3

枪斗术是真的吗?可以实现通过手部快速抖动我让子弹射出路线弯曲吗?

by 小花

答:

百度百科上是这样介绍的,枪斗术可以理解为一种以枪械(主要是手枪)为武器的格斗术门类,广泛出现于影视作品、小说中并被世人熟知,现实中存在于少数部队当中。这样看来枪斗术在现实生活中确实存在,但它并不像电影或者电视剧中描述的那么神奇。比如某个抗日神剧中的“经典”桥段:神侠可以在子弹出膛瞬间快速抖手让子弹走弯曲的路线,这段剧情让学物理和不学物理的人都沉默了

根据简单的受力分析可知,子弹在出膛后就不会再受到枪给它的任何作用力,自然也不存在水平方向的加速度。如果忽略阻力和重力的影响,子弹出膛后只会沿着初始速度直线运动。当然在实际情况下,如果水平方向有风力的影响,子弹的确会发生较小的偏移,但这与手的抖动无关,这是外部给子弹的一个横向力罢了。

另一方面,子弹往往被做成锥形而不是球形,这是由于旋转的球在向前运动中会产生一个和旋转角速度与水平速度平面垂直的横向力,这个横向力会导致飞行轨迹偏移,被称为马格努斯效应。子弹被做成锥形减小了马格努斯效应,同时枪膛内螺旋状的膛线使得子弹在出射同时绕着中心线高速旋转,进而产生陀螺效应。这样的设计让子弹的运动能够保持稳定不易发生偏移,自然也不会出现像电视剧里那样明显的路线弯曲。

参考资料:

  1. 枪斗术
  2. 为什么子弹的高速自转,可以使其稳偏、转角度小? - 知乎

by Sid

Q.E.D.

Q4

爆米花是玉米粒的什么部分爆开的?

by 潘思成

答:

玉米粒由几个主要部分组成:种皮、胚乳和胚。在爆米花玉米中,胚乳占据了大部分的体积,主要由硬质淀粉构成,它在加热时会变得非常热并且产生压力。当内部的水分受热转化为蒸汽,压力增加到足够高时,玉米粒的外壳(种皮)就会突然破裂,胚乳就会迅速膨胀并冷却形成蓬松的团块,这就产生了爆米花

玉米的组成结构示意图

参考资料:

  1. 观影必备】爆米花的“原力”来自哪里?

by 鱼非我

Q.E.D.

Q5

10除以3除不尽,为什么一根十米的绳子可以分成三等分?

by 匿名

答:

数学上的无限不循环小数和现实中的物理分割是两个不同的概念。数学上,10除以3确实是一个无限循环小数,约等于3.333...,但这个事实并不妨碍我们在现实世界中将物体分成相等的三部分。这是因为现实世界中的测量和分割通常并不需要无限精确,而是在一定的精确度或可接受的误差范围内进行。

在实际执行时,由于测量工具的精度或个人操作的准确性,可能会有微小的误差,但这通常是可以接受的。例如,如果使用卷尺,可能只能精确到最接近的毫米或厘米。因此,每一段可能并不是完美的3.333...米,而是在可接受误差范围内足够接近相等的长度,比如3.33米或3.34米等。

总之,现实生活中的物理操作通常只需要达到一定的精确程度,因此可以把一个物体分为大致相等的几部分,即使这个分割数学上并不是一个精确的整数。

by 鱼非我

Q.E.D.

Q6

晶体只有到熔点才会开始熔化,比如水,但是为什么没有一个固定的变成气体的温度呢,而是随时随地都能发生?

by 那个谁

答:

这个问题涉及到相变的一些知识。首先来看一张经典的P-V-T相图

题目中所述的“晶体必须达到熔点才开始熔化”,实际上是指相图中固体与液体之间的相变过程,它发生在物质跨越固液相变曲线的过程中。在相图中,我们同样可以观察到液气相变、固气相变、三相点、临界点等重要相变现象。然而,相图中似乎并未包含如题目中提到的“液态水可随时转化为气体”的现象。这是否意味着相图存在缺陷呢?

实际上,相图上的每个点都代表着一个可能达到的平衡状态。以一瓶水为例,假设瓶子是密封的,并且与外界温度相同。如果瓶子最初被水完全填满,那么水就处于平衡状态,对应于相图上的一个点。如果瓶子中只有一部分是水,其余部分是真空,那么系统就处于非平衡状态,会向平衡状态转变。最终的状态取决于系统达到平衡时(P,V,T)的值在相图上的位置。

在日常生活中,我们观察到的蒸发过程可以类比为在一个无限大的空间中装有水的开放系统。根据相图,当体积V趋于无限大时,在标准大气压下,任何温度的(P,V,T)组合都对应于气态。这就是为什么我们常说液态水在任何温度下都会蒸发,因为蒸发实际上是处于非平衡态的系统向平衡态演化的过程。

从这个角度来看,即使是晶体,如果放置在开放系统中,也会处于非平衡状态,并趋向于达到平衡。这意味着在开放环境中的晶体也会不断产生气体并损失质量。一个典型的例子是,曾经使用的国际千克原器,每过几十年就会因为这种原因损失几十微克的质量。

by K.Collider

Q.E.D.

Q7

基本粒子的表面是绝对光滑的吗?如质子,中子,电子?

by 囧菌噬菌体

答:

首先,在标准模型的框架下,题中所提到的质子、中子、电子三种粒子只有电子属于基本粒子,质子和中子都存在内部结构所以不能被称为基本粒子

其次,在量子领域,我们使用波函数来描述基本粒子的概率分布,这些概率云并没有经典意义上的边界,所谓“基本粒子的表面”很难定义,也就无从研究

好消息是,科学家们有另一种办法来讨论电子的“光滑程度”。电磁学中,电偶极矩是描述电荷系统中正负电荷中心偏移程度的物理量,对于一个均匀带电的球体,其电偶极矩应该是0。在标准模型中,我们一般将电子定义为点粒子,应该是完美的球体,这也意味着如果我们测量得到电子的电偶极矩不为零,电子就会相对于完美球体产生一个微小的偏移

过去几十年间,科学家们进行了多项实验以测量电子的电偶极矩。这些实验的结果表明,电子的形状非常接近于一个完美的球体——如果存在任何偏离球形的凸起,其大小必须小于10^(-30) m。以电子的经典半径2.82×10^(-15) m为参考,电子表面的形变将会小于其半径的10^(-13)%,也就是说电子是相当“光滑”的。因此,尽管我们无法定义电子的表面,但我们可以得出结论,电子的形状非常接近于一个理想的球体,其“光滑度”达到了极高的水平。

by K.Collider

Q.E.D.

Q8

正经问,为什么屎是黄色的?而且不管吃什么都是?

by 匿名

答:

大便的黄色实际上源自于胆红素,这是一种由分解的红细胞被代谢后产生的物质。在我们体内,红细胞的平均寿命大约为120天,每天都会有大量的红细胞自然凋亡。这些凋亡的红细胞中的血红蛋白被分解,释放出非结合胆红素。随后,在肝脏中,非结合胆红素经过代谢转化为结合胆红素,并随着胆汁流入小肠。

在肠道中,结合胆红素在细菌的作用下发生还原,转变为胆素原。大部分胆素原最终随粪便排出体外。在细菌和空气的作用下,胆素原进一步氧化,形成棕黄色的粪胆素,这是大便颜色的主要成分。此外,还有少量的胆素原通过尿液排出,接触空气后氧化为尿胆素,这是尿液颜色的主要来源。

如果体内的胆红素积累过多而无法及时排出,就会导致黄疸,这是肝脏疾病和某些血液疾病的常见症状,表现为皮肤和其他组织因胆红素沉积而变黄。

另外,虽然胆红素是大便颜色的主要决定因素,但我们摄入的食物确实也会对大便颜色产生影响。例如,食用红心火龙果可能会导致大便变红,而鸭血等血制品则可能使大便颜色变深

by K.Collider

Q.E.D.

Q9

假如野外老虎加速朝我跑来,我也对着它冲刺,它会不会愣一下?

by 小范

答:

愣一下反映的是生物的意识,不同的个体可能会给出不同的反应。如果在动物园里,老虎熟悉人类的行为,这时如果你做出反常的行为突然冲向老虎,那么确实有可能把老虎“吓一愣”。但如果把题设的“野外”条件理解成老虎从没有见过人类,那么老虎被冲过来的人类吓到的概率很可能并不高。

当然,在任何条件下,我们都不建议你冲上去挑衅老虎,因为如果你在老虎这样加速向你跑来的时候:

还能勇敢对冲,那么很可能你一个滑铲,老虎就变成了——

一只吃饱了的老虎:

毕竟,老虎的体型远大于人类,身体构造、运动方式也更适应(在野外)捕猎。尤其不幸的是,人类的体型和老虎的典型猎物还是比较接近的,第一次见面的时候老虎确实有可能把人类当做猎物。当它捕猎的猎物加速冲向自己时,大脑并不发达的老虎很可能并不会想到什么会喷火的管子、带尖头的金属,而是直接按倒咬断喉咙开吃

虎与人体型对比

by 藏痴

Q.E.D.

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opzk、Sid、鱼非我、K.Collider、藏痴

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编辑:Gyoku


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