七种生活中看似简单但却神秘的物理现象
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物理学家们已经弄清楚了宇宙中一些非常精细的细节,从黑洞的半径到亚原子粒子的行为,然而这些我们都看不到。但是,生活中我们经常能遇到一些令我们感到惊讶的现象,它们之所以令人惊讶,是因为它们缺乏科学的解释(有的现象最近才得到解释)。
正如下文你将看到的那样,有些神秘的东西表面上看起来是平淡无奇的。生活中的物理现象
坚果
如果你摇动一盒混有各种坚果的什锦果盒,就会发现大的坚果会浮在上层,而细碎的小坚果则留在下面。而人们通常认为,根据重力原理,在一堆大小不一的颗粒物中,应该是比
较大的和比较重的颗粒会沉在下面。实际情况恰恰与我们的常识大相径庭。这就是所谓的“巴西坚果效应”。而这个看似平淡无奇的现象,实际上涉及到物理学中一个神秘的未解之谜——如何描述大量相互作用物体。
在你摇动盒子的过程中,在各种各样的物体中(无论是坚果还是其他大小不一的物体),尽管重的物体受到的重力更大,但是随着时间的推移,较大的那个物体会逐渐上升,较小的物体会逐渐下沉。也许那些较小的物体是通过物体之间的夹缝到达底部的。对流也可能在其中起到一定的作用,它可能使细小物体沉积在底部。所有的这些可能性都可能和巴西坚果效应有关,但是没有人知道具体是哪些,或者在什么程度上影响此结果,所以至今没有较好的计算机模拟结果出现。
泡沫
今天你洗泡泡浴了吗?也许没有,但你刮胡子、洗衣服了吗?泡沫在生活中随处可见,由于我们的司空见惯,我们很少思考这样一个问题:泡沫是固体,液体,还是气体?
根据加州大学洛杉矶分校的物理学教授Douglas Durian的说法: 泡沫通常由95%的气体和5%的液体组成。不知为何,这样的混合使得它们体现出固体的某些特征。泡沫中的气体将
液体分离形成微小气泡的基质,如果气泡的液体壁足够坚硬,泡沫可以在一定的时间里保持其形状。
然而,没有公式可以根据泡沫的大小或其所含液体的量来准确预测泡沫的硬度或柔软程度。 “我们对泡沫的物理学原理知之甚少,” Durian对美国宇航局科学部如是说。
冰
科学家们探索了一个半世纪了,可是还是没弄清楚为什么冰会使人滑倒。科学家们认为,固态的冰层上覆盖了一层薄薄的水,即使这层水很薄,由于液态水的流动性,使冰变滑,让人觉得难以在冰层上行走。但是,比较让人难以理解的是,和其他的固体不同,为什么偏偏只有冰会覆盖着一层水呢?
理论学家们推测,有可能是因为接触并滑动冰层使得冰层表面融化。有的人则认为,这层水在鞋子接触之前就存在,并且是由表面分子固有运动产生的。
谷物
不知你是否想过,为什么早餐的麦片会聚集在一起,或者粘在盛有牛奶的杯子边?这样的现象称为“麦圈效应”。这种丛生现象适用于任何漂浮的物体,包括你早上刮完胡子后水中的气泡和毛发颗粒。
剑桥大学的研究生Dominic Vella和哈佛大学的数学家Lakshminarayanan Mahadevan是在2005年的论文中首次解释这个物理效应的人。他们证明,麦圈效应来自液体表面的几何形状。
表面张力使得牛奶的表面在杯子的中间略微塌陷。由于牛奶中的水分子被玻璃吸引,牛奶的表面在杯子的边缘向上弯曲。正是这个原因,边缘附近的麦片沿着这条曲线向上浮动,看起来好像它们紧贴着边缘。
另外,由于表面张力,你的杯子中间漂浮的谷物使得牛奶的表面出现凹陷,产生了一个倾角。 当两块谷物接触时,它们的两个凹陷融合成一个,使得它们粘在一起。
磁场
磁铁:很奇怪,是吧!怎么了呢?
克利夫兰州立大学物理学教授,《物理基础》教科书(Wiley,2007年第8版)的作者Jearl Walker解释说,磁场自然地从构成原子的带电粒子(特别是电子)中产生并向外辐射。
通常情况下,电子的磁场指向不同的方向,并相互抵消。(这就是为什么当你走动的时候,
你体内的电子不会让你吸附在你的冰箱上的原因。)但是当一个物体中的所有电子以同一方向排列时,就像在许多金属中发生的那样显然,在磁体中),产生净磁场。这对其他磁性物体施加力,根据其自身磁场的方向吸引或排斥它们。
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