如果身边的一切都静止了,我们能看到什么?这是一个有趣的问题。首先,我们需要理解静止的概念。静止不仅仅是物体的移动停止,还包括原子、光子等微观粒子的运动停止。如果真的发生这种情况,我们会看到一片漆黑,因为不再有光子撞击我们的视网膜;我们会听到一片寂静,因为空气分子不再振动,也就无法传递声波。但这还不是全部,因为基本力的传递依赖于规范玻色子的运动,如果这些粒子都停止运动,基本作用力将不复存在。
强相互作用的消失使得原子核分崩离析,电磁力的消失使得微观粒子无法再结合成宏观物体,我们所熟悉的世界将会淹没在基本粒子的“一锅粥”中。更有甚者,如果现在的胶子模型正确的话,负责传递夸克之间相互作用的胶子一旦罢工,夸克禁闭可能会被打破,我们就能在乱成一锅粥的宇宙中找到自由夸克了!
飞机机翼上的装置(可以像翅膀一样扇动的板子)有什么用途?为什么机翼末端要翘起来?这个问题涉及到飞机的气动布局。
机翼上的活动板子主要有扰流板、襟翼、副翼。扰流板的作用是扰乱气流,破坏机翼的气动布局,使得阻力增大,从而达到减速的目的。襟翼用于增加升力,同时也会增加阻力。副翼由驾驶员控制,用于帮助飞机横滚从而达到转向的目的。至于机翼末端的翘起,它的名字叫做翼梢小翼,通过翘起的结构,可以很好的减弱翼尖涡流的强度,从而达到减小阻力,提高升阻比的目的,也可以节约航油提高经济效益。
为什么中国古建筑中的榫卯结构很牢固呢?榫卯结构早在7000年前就已经被我们的祖先应用在建筑中了,是世界建筑文明最伟大的发明之一。其由榫(凸出的部分)及卯(凹进的部分)相互咬合而成,靠摩擦力连接,用于中国建筑中柱、梁、枋、垫板、桁檩(桁架檩条)、斗拱、椽子、望板等基本构件的连接。
榫卯结构在应对地震冲击方面具有一定优势,因为它可以有效限制木构件之间的扭动,相当于半固结半活绞的状态;榫卯结构能承受一定的弯矩,构件与构件之间有缝隙,可以吸收和消解能量;木材作为一种非均质的、各向异性的材料,表现出介于弹性体与非弹性体之间的粘弹性,当受到冲击时,也可以通过形变缓解载荷对构件的压力;当受到地震的垂直冲击波时,榫卯还可以通过“弹跳”来化解。这都使得以榫卯连接的建筑拥有不错的抗震性。
桥的前面都会有一块牌子,上面注明限重多少吨,如果一辆车超重过桥会导致桥塌掉吗?对于一个装置或者建筑而言,其发生断裂的原因有很多。或许许多人都知道材料在受到过大的拉伸或挤压时,材料的受力会超过其能承受的强度极限,突然发生明显的变形(屈服)甚至断裂,这种断裂常常可以根据材料的自身属性分为韧性断裂和脆性断裂。
但材料的断裂原因不仅仅有过大的载荷,在许多情况下用了几十年的桥梁即使不超过强度极限也会有更大的安全风险,这多是因为另一种常见的断裂形式——“疲劳断裂”。疲劳断裂主要是受到了来回变化的受力(交变应力)所导致的。此外材料也有可能在很长的时间(一般需要几十年甚至上百年)下受到较小的力(相对于突然断裂的力而言)造成过大形变而断裂,这种断裂被称为“蠕变断裂”。
仅仅在地球上发现的物理规矩,怎么就能说明整个宇宙都遵循这个规律?这是一个好问题。毕竟人类目前生活的范围仅仅是地球(充其量太阳系),这个范围相对于浩瀚的宇宙实在不值一提,凭什么说我们的物理规律就适用于整个宇宙呢?在发现物理规律的过程中,物理学家遵循的是经典的“假说-演绎”范式,即猜想一个物理学原理,从中推导出一些可观测的现象,再通过实验验证是否成立。
这里的实验不一定局限在地球上的实验室里,宇宙本身就是一个大实验室。通过观测太阳系中天体的运动,我们可以肯定牛顿万有引力定律在太阳系的范围内是(近似)有效的;通过提高观测的精度,我们甚至可以验证广义相对论在太阳系的范围内成立(水星进动角的计算)。对于遥远的恒星,我们可以观测其光谱,从而说明量子力学规律在极大的范围内成立。
通过这类光谱观测,我们还能确定宇宙中元素的丰度,从而验证一些更为基础的理论(例如大爆炸)的正确性。