把科学带回家

作者: 中科院物理所

来源: 把科学带回家

发布日期: 2017-04-13

本文讨论了冰屋的保暖原理、塑料碗油渍难清洁的原因、星空图片的真实性、昆虫放大后的外骨骼硬度、气态行星的构成以及大海和湖泊颜色差异的原因。

住在爱斯基摩人的冰屋里面真的不冷?冰屋确实能起到很好的抵御寒冷的作用。建成的冰屋几乎没有缝隙可以让寒风吹进室内,而且冰屋的建成材料——冰砖由于其是热的不良导体,能起到很好的隔热作用。冰屋的门一般面朝的方向也与风向垂直,而且十分低矮,使得寒风无法进入室内形成对流。北极的室外环境温度可以到零下五十度,而冰屋室内的温度可以达到零下几度到十几度,这对于有兽皮保暖的因纽特人来讲已经足够了。

室内一般也不会有冰化了的问题,因为冰壁附近温度总是低于熔点的,如果想让室内更暖和,因纽特人会在内壁挂上兽皮。为什么和金属碗相比,塑料碗里的油渍不好清洁呢?高中化学课上会讲一个“相似相溶原理”——极性分子和金属离子较易溶于极性溶剂而非极性分子较易溶于非极性溶剂,即极性相似的分子间一般亲和力更强。在这个问题中也有类似的原因。

一般而言,绝大多数油脂都是非极性分子或弱极性分子,而生活中常见的大多数塑料(聚乙烯,聚丙烯,聚酯等有机高分子材料)亦是如此。因此油脂和塑料之间的相互作用较强,而与金属材料的相互作用较弱,从而油脂更容易粘附在塑料表面。

星空图片的颜色是真实的吗?不是的,为了增进区分度和艺术效果,人们会用各种渲染技术去修饰图片。这里需要强调这些处理是必要的。天文的观测是多波段的,而观测设备通常只能在某一个波段进行观测,包括射电,红外,可见光,紫外,X射线,Gamma射线等等,每一个波段都能给天文学观测提供不同的信息。而人眼只能识别可见光,其他波段的观测必须经过处理,才能为我们所分析。

如果把昆虫按比例放大,它们的外骨骼硬度要变得多大?通常生物的尺寸越大,身体所承受的压强越大。简单的数学告诉我们,在身体构型不变的情况下,身体所承受的压强与尺寸成正比。所以,电影里面的哥斯拉小怪兽在陆地上行走真可谓是“压力山大”。我们可以作一个估计,有资料显示:哥斯拉同学的身高约110米,体重达9万吨。

如果以其用人类中最胖的体型做一个比对,可以估算他的骨骼承受的压强大约是一个正常人类的200-300倍。这已经超越了人类长骨的压缩强度(约200Mpa)。

气态行星,比如木星真的都是气体吗?有纯液态星球吗?气态行星当然并不只有气体,它只是外表上看是气态的;气态行星的结构一般是,外层气态分子,往下由于压强越来越高,分子凝聚成液态,再往下就变成固态内核了。例如木星,它外层是一层氢、氦混合气体,往下大概1000公里,逐渐由气态变成气液混合态,然后变成液态金属氢;液态金属氢再往下大约木星半径的78%后里面有一个固态内核。为什么大海是蓝的,但是一些湖泊是绿的?

海水呈现出的颜色和许多因素有关:光照情况、水的深浅、海水中包含的物质等等。在正常阳光照射下,纯净的海水的颜色是蓝色,这是瑞利散射引起的结果。所谓瑞利散射,即是当粒子大小远小于入射光波长时,散射光强度随入射光波长增大而减小的效应。在纯净的海水中,悬浮颗粒较少,主要是水分子散射太阳光。而水分子的大小远小于可见光的波长,因此波长较短的蓝光和紫光的散射强度最大。

而由于人眼对蓝光更敏感(紫光比蓝光更接近紫外区域),故我们看到的大海的颜色是蓝色。

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