【趣味物理】这些物理题你见过吗?
今天小编找了几道物理题目给大家练练脑子
让我们动起来!!!
1、为什么跳蚤、蚱蜢、人和狮子,尺寸差异那么大,但能跳起的最高高度都是 1 米左右(最多相差一个不超过 2 的系数)?
看到这个问题之后,我在 Google 里搜了一下,竟然真是这样。猫猫狗狗老鼠老虎,可以跳起的高度都在 1 米这个尺度左右——猫猫和狗狗都能跳1 米左右,老鼠能跳 40 厘米,老虎能跳 2 米。你以为袋鼠牛 B 吗?其实袋鼠也只能跳 2 到 3 米高。注意,这里的跳起高度并不是指“手能摸到的高度”,而是生物让自己重心升高的高度。
有人可能想到了原因。一个动物身体小,力量也小,但正因为它身体小,跳起 1 米也不需要太大的力。反之,大型动物力量倒是大,不过要跳起来确实也需要很大的力。这就让动物们能够跳起的高度变得平衡。
不过,为什么这两个因素能够平衡,而不是一个压过另一个呢?假设生物的形体和密度都相近,我们就可以漂亮地证明这一点:把一次跳跃中足部可以提供的能量记作 E ,生物自身的重量则记作 W ,那么生物跳起的高度应该正比于 E/W 。如果再把生物的尺寸(一维上的长度,比如身长)记作 L ,那么 W 是与 L3 成正比的。而 E 则等于肌肉提供的力乘以这个力能够牵引的肢体运动距离,其中前者与肌肉的横截面积成正比,也就与L2 成正比,后者和足部长度成正比,也就是和 L 成正比。因此, E 和 L3 成正比。于是, E/W 与L 无关!
小时候大家应该都听说过,跳蚤巨牛无比,能跳起 1 米多高,是自身高度的 100 多倍。原来,不管什么都能跳起 1 米多高,这个倍数关系这么惊人,只是因为跳蚤自己太矮罢了。
2、20 世纪初,一本名为 Power 的杂志上曾经登载了这样一个永动机模型。如图,把光滑绳圈套在滑轮上,绳圈右侧浸在水中。于是,绳圈右侧将持续受到一个竖直向上的浮力,绳子便逆时针转动了起来。
这个永动机模型可行吗?如果不可行,问题出在哪儿?
废话,当然不可行。可是,这个模型错在哪儿呢?注意,浮力其实是物体上下表面的液体压强差产生的。因此,浮力只会出现在完全浸入液体,或者漂浮在液体表面的物体上。在这个例子中,绳子并不会受到浮力。如果你把绳子想像成是一片片圆盘拼成的,每个圆盘都只受到侧面来的液体压强,在绳子的方向上是不可能有力产生的。
3、云是由小水滴组成的。水的密度是空气密度的 800 多倍。为什么云不会掉下来?
这个问题太有型了!我在反省自己,为什么小时候听说“云是由小水滴组成的”的时候,没有提出过这个问题呢?
这个问题的答案是,云就是会往下掉的,只不过下落的速度非常慢⋯⋯
云中的小水滴颗粒极小,因而小水滴受到的空气阻力,其数量级和自身重力相当。计算可知, 1 微米的水滴下落速度约为 0.13 毫米每秒,也就是一天下降 11 米。即使是 10 微米的水滴,下落速度也很慢,大约每天 1.1 千米。如果不精确测量的话,我们是没办法观察到的。
这让我想起一个冷知识:蚂蚁是摔不死的,因为空气阻力和自身重力相当。这又让我想起一个冷笑话:蚂蚁从摩天大楼摔下去,是怎么死的?答案是——饿死的。
4、为什么床单、被罩、桌布上的污渍都是这种形状?
相信大家都曾经遇上过这样的现象吧。这个问题要解释起来,还真不容易——网上提出此问题后,无一人答对。很多人都说,液体中含有什么什么,布料里含有什么什么等等。其实,这种现象是很普遍的,它与布料、溶剂、溶质都没关系。这种现象真正的原因,是和液体蒸发的模式有关的。如果液体表层蒸发了,液体会向外展开,填充刚刚流失的部分。其结果就是,液体会不断地向边缘涌去,造成了边缘痕迹堆积。
对几种不同的蒸发模式进行模拟,可以看到不同的污渍形状,进而很好地说明了上述推测的正确性。
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