不用现代化武器我们可以炸掉地球吗?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-05-01 11:59:55

本文通过问答形式探讨了多个物理现象,包括空竹发声原理、锁芯开锁原理、微波炉加热馒头原理、GPS导航高度识别、冲浪原理等,旨在解释这些现象背后的科学原理。

不用现代化武器我们可以炸掉地球吗?

空竹,是一种用线绳抖动使其高速旋转而发出响声的玩具。唐朝太平盛世,温饱之余,人们有了竞技体育和娱乐的双重需求。起初,皇室成员利用空竹既可以进行休闲娱乐,又可以强身健体。随着朝代的更替,皇室没落,空竹便在民间流传开来,成为我国民俗技艺。在北京的各种公园里更是经常能看到,真的是“抖出来”的文化瑰宝。

空竹之所以可以绕绳转起来,就类似于陀螺、回转仪,本质是进动,核心概念也就是动量矩。而空竹的声学原理,则主要是由于空竹的快速旋转,使得空竹内腔的空气就会按一定频率振动,从而发出声音。而气柱的长短以及空竹的转速都会影响发出声音的大小。此外,空竹的地盘有多个开口(开口个数不一),开口之间不相通,这时大小开口同时发出声音产生共鸣,使得声音听起来很迷幻。

传统常见的弹子锁的基本结构包括锁芯、弹子、弹簧、锁舌组成。如下图所示,当我们未放入钥匙的时候,锁内的蓝色的平头弹子往下推,令锁芯不能转动;当我们放入正确的钥匙的时候,蓝色的平头弹子、红色的下弹子之间的空位成一直线,与黄色的锁芯对齐。当弹子之间的空位与转线对齐,黄色的锁芯便可转动开锁。

铁丝的原理同样如此,找准角度与弹簧弹子发生一定的挤压与锁芯相脱离,铁丝就能发挥钥匙的作用把锁打开了,因此这种传统的锁的安全性也是非常低的。

首先面粉变成馒头是淀粉糊化,冷藏以后馒头会变硬是因为糊化的面粉老化。用微波炉加热馒头就是复热过程。我们可以了解一下微波炉加热的原理:微波是一种特殊的光,和可见光一样是一种电磁波。

这种肉眼看不到的波,可以穿透食物达5cm深,并使食物中的水分子随之运动,剧烈的运动产生大量的热能,于是食物“煮”熟了。当我们把馒头放入微波炉时,随着加热的进行,馒头的淀粉逐渐糊化,此时的馒头开始变软。当我们持续加热,温度继续升高时,水分子运动加速,水分散失速度加快,直至大部分水分被蒸发出去。

当我们将加热好的馒头拿出来时,可以看到馒头还是松软的,但因为在加热的过程中,馒头内部的水分子加速运动,水分大量蒸发,静置几分钟后,馒头的表皮及内部会快速变皱,变硬。

原理上讲,GPS能够给出高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息,三维位置信息中包括了高度信息,GPS导航是可以做到高度识别的;但由于精度限制,GPS民用领域开放的精度约为10米,实现高度分辨较为困难。

不少车主在实际开车过程中也会遇到导航仪定位错误的问题,比如将高架桥上面定位到高架桥下面或者在某些地方定位偏离。最直接的实现高架桥高度识别的方法当然是增加定位和导航精度了,但实际操作上可能会面临困难。

理解冲浪这一现象,第一个要解决的问题是,为什么能够站在冲浪板上,不沉到水里去?这个很简单,就像你坐在小船里一样,可以浮在水面上,这就归功于浮力。

冲浪板是由比水密度小的泡沫塑料或者碳纤维材料制成,当然冲浪板的尺寸和结构都有利于其排除更多的水量,从而提供更大的浮力,用来抵消人和冲浪板的重力。对于海浪,我们可以类比其为借助水运动传播能量的波,而波峰就是我们的海浪顶峰,也就意味着有最大的加速度。而我们冲浪就是要借助其加速度,当海浪过来的时候,我们通过划动手臂让自己拥有和海浪相同的速度,此时冲浪板和水面会产生压力,促使你能够在水面上滑行。

而此时你追上海浪的高峰,你会由于惯性飞起再下降,这个过程里重力势能转化为动能,这时你就可以逆着水流冲上下一个波峰,也就是我们常说的上浪。

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