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常见事件中的7个物理例子

哪些常见事件涉及物理?

哪些常见事件涉及物理?

物理

对许多人来说,物理学是一个令人生畏的话题,它背后的数学和理论让它看起来相当难懂。也许如果我们试着用我们习惯的东西来连接它,那就可以帮助人们理解甚至欣赏它。考虑到这一点,让我们来看看一些“日常”事件,看看它们有趣的物理性质。

皱纹是如何与物理学联系在一起的?

皱纹是如何与物理学联系在一起的?

皱纹

是的,我们从皱纹开始,因为我们的一天经常被它们包围在床上。但自然界中到处都是,很难描述它们是如何形成的。但麻省理工学院的研究可能会有所启发。他们创造了一个数学公式,展示了皱纹是如何在圆形表面上形成的,而不是在平面上。

如果我们有不同的密度层,上面是硬的,下面是软的,然后随着下面的材料的变化(比如空气被吸走,脱水发生,或达到饱和),不灵活的外层开始以规则的模式压缩,然后退化为看似随机的组合,这取决于给定时刻的曲率。事实上,一个考虑到材料和曲率的模型被开发出来,有一天可以选择我们想要的设计(Gwynne)。

物理学和意大利面有什么关系?

物理学和意大利面有什么关系?

意大利面

现在来谈谈食物。拿一根意大利面,握住它的两端,试着把它掰成两半。困难的,不是吗?

直到2005年,罗纳德·海塞尔(康奈尔大学)和维沙尔·帕蒂尔(麻省理工学院)破解了密码。你看,没有一块意大利面是真的直的。相反,它们有一个很小的曲率,当我们对面条施加压力时,它会在曲率最大的地方断裂。

由于面条失去了结构的完整性,由此产生的振动可能会引起进一步的振动。但当面条在温度和湿度可控的环境中进行测试时,科学家们发现,如果我们将面条扭曲360度,然后弯曲,裂缝就在中间。

这似乎是因为旋转导致力纵向分布,有效地使棒子处于平衡状态。这与扭曲中储存的被压抑的能量相结合,使其恢复到原始形状,而不是导致不干净断裂的变形(Choi, Ouellete“What”)。

但现在你可能想知道如何做一锅完美的意大利面?Nathanial Goldberg和Oliver O 'Reilly (Berkeley)决定通过对这种情况的物理建模来找到答案。他们使用了之前对杆的研究,欧拉弹性理论,并简化了模型,假设面条不粘在一起,厚度也不重要。与…的模型比较沸腾的水意大利面,一锅意大利面的15秒差分图在室温的水中并注意到“长度、直径、密度和弹性模量”随着面条水化而变化。

是的,这并不完全是制作意大利面的正常条件,但建模需要从简单开始,然后逐渐复杂。模型和现实之间的总体匹配程度很好,面条卷曲的图案表明了一定程度的柔软。未来的努力将希望利用这些模型并找到确切的完美意面(Ouellette“What”)所需要的条件。

麦片

当我们谈论美味的食物时,我们不得不谈论牛奶碗里最后几块麦片的结块。事实证明,这里发生了很多物理现象,包括表面张力、重力和方向,这些都在所谓的Cheerios效应中发挥作用。每片麦片的质量都很小,所以不能下沉,而是漂浮着,使牛奶的表面变形。现在让两块靠近彼此,它们的集体下沉融合在一起,当它们相遇时形成一个更深的下沉。毛细血管作用最好,伙计们。实际测量这些力是很有挑战性的,因为涉及的尺度很大。所以Ian Ho(布朗大学)和他的团队制作了两个小塑料麦片片,其中一个里面有一个小磁铁。这些碎片漂浮在一个下面有线圈的水箱中,以测量起作用的力。因为只有一块带有磁铁,所以它就像石蕊试金石一样,可以看到两块分开的力,以及把它们结合在一起需要什么。令人惊讶的是,他们发现当碎片相互拉时,它们实际上会倾斜,倾斜的角度实际上增强了所见的半月板效应(Ouellette“物理学家”)。

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有弹性的球

我们最喜欢的童年物品之一有很多惊人的事情发生。它的高弹性使它有很大的恢复系数,或恢复到原始形状的能力。没有哪个取向的球对它有更好的弹性。事实上,这就是为什么它们像镜子上的光线一样:如果你以一个角度击球,它会以相同的角度反弹回来,但会被反射。当弹跳发生时,几乎没有动能损失,而是变成了热能,使球的温度升高了约四分之一摄氏度(舒尔金)。

摩擦

我现在都能听到:“摩擦不可能有这么复杂的东西!”我也这么认为,因为它应该是两个滑动面的相互作用。如果表面有很多不规则的地方,就很难滑动,但适当地润滑,我们就能轻松滑动。

因此,知道摩擦有一段历史是很有趣的,之前的事件影响了摩擦的运作方式。哈佛大学的研究人员发现,在任何时候,不仅只有1%的两个表面接触,而且两个物体之间的摩擦力可以减少如果我们休息一下,就意味着内存组件。疯了!(Dooley)

悬浮紧身

到目前为止,你很可能已经听说过反重力的弹簧鸟现象。网上的视频清楚地显示,如果你把弹簧绳举在空中,然后放开它,尽管顶部掉下来,但底部似乎仍然悬浮着。这不会持续太久,但看起来很吸引人,因为它似乎与物理学相悖。重力怎么能不马上把弹簧狗拉回地球呢?(斯坦)

事实证明,这种效应的时间为0.3秒。令人惊讶的是,这个悬浮的弹簧花了同样多的时间任何星球。这是因为这种效应部分归因于冲击波效应,但也因为弹簧是一种“预紧弹簧”,其自然状态压缩。当悬挂在空中时,弹簧狗想要回到自然状态的欲望和重力抵消了。当顶部被释放时,弹簧回到自然状态,一旦足够多的弹簧被压缩,信息就会被传递到底部,因此它也开始了通往地球表面的路径。这种最初的平衡对所有行星都是一样的,因为首先是重力引起了拉伸,所以力不一样,但它们平衡同样的方式(斯坦,克鲁威奇)。

那么,我们如何操纵这个来增加我们的悬浮时间呢?弹簧有一个有效的质心落在地球上,就像物体被压缩成一点一样。数值越高,效果发生的时间就越长。所以如果我让弹簧的顶部更重,那么质量的中心就会更高,所以效果就会被拉长。如果弹簧是由一种更坚固的材料制成的,那么它会拉伸得更少,从而降低张力,因此(Stein)。

手指关节

我们大多数人都能做到这一点,但很少有人知道为什么会这样。多年来,对此的解释是,我们指关节之间的液体会产生空泡,当我们扩张关节时,这些气泡会失去压力,导致关节塌陷并发出爆裂的声音。只有一个问题:实验表明,指关节破裂后,气泡仍然存在。事实证明,原来的模型在一定程度上仍然有效。这些气泡确实会破裂,但只是部分破裂到内外压力相同的程度(Lee)。

当然,还有更多的主题,所以当我继续用更多的发现更新这篇文章时,请每隔一段时间回来看看。如果你能想到我遗漏了什么,请在下方告诉我,我会深入研究的。谢谢你的阅读,享受你的一天!

作品的引用

查尔斯·q·崔,《科学家破解意大利面断裂之谜》Insidescience.org.AIP 2018年8月16日。2019年4月10日。

杜利,菲尔。“摩擦是历史决定的。”Cosmosmagazine.com。宇宙。2019年4月10日。

据,彼得。“研究项目揭示皱纹是如何形成的。”Insidescience.org.AIP, 2015年4月6日。2019年4月10日。

库鲁未瞿,罗伯特。“悬浮弹簧的奇迹。2012年9月11日。2019年2月15日。

李,克里斯。“关节断裂模型解决了空化困境。”Arstechnica.com.孔蒂纳斯特。2018年4月5日。2019年4月10日。

Ouellette),詹妮弗。“要知道意大利面是否有嚼劲?”看看它在锅里卷了多少。”arstechnica.com.孔蒂纳斯特。2020年1月7日。2020年9月4日。

本·p·斯坦,《悬浮弹簧的秘密》Insidescience.com.美国物理学会,2011年12月21日。2019年2月8日。

Shurkin,乔尔。“为什么物理学家喜欢超级球。”Insidescience.org。.AIP, 2015年5月22日。2019年4月11日。

据作者所知,这些内容是准确和真实的,并不意味着要取代来自合格专业人士的正式和个性化的建议。

©2020 Leonard Kelley

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