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1分鐘物理:中科院物理所幫你解答“為什么”

來源:網絡資源 文章作者:奧數網整理 2019-03-15 12:03:57

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  Q:如果失控的電梯在做自由落體運動,里面的人在電梯即將落地時跳起,電梯在人落地前落地,那么此人會受傷嗎?

  別笑,很多人小時候都想過用這種方法避險。答案當然是不行了。我們詳細分析一下為什么不行。男子跳高世界紀錄是2.45米,別忘了這是背越式的,運動員實際重心升高不到2米。這還是在有助跑的情況下。美國職業籃球聯賽球星克里斯?韋伯(ChrisWebber)原地起跳紀錄是1.33米,別忘了人家跳之前會下蹲蓄力加抬腿。

  很不幸,你在自由落體的電梯里面,所以別說助跑了,下蹲都做不了。

  現在,假設我們什么都不管了,我們瘋了,我們認為你骨骼清奇,原地一蹦2米高。可那又怎樣?比如,電梯從10米高的地方失控,那你蹦完之后速度一抵消的效果,等于你從8米高的地方開始失控。你還是“妥妥滴”......

  現在,我們假設你是不世出的絕頂高手,苦修40年就是為了今天,你一蹦10米高!而且電梯天花板也非常懂事地先自己消失一會兒。這回你終于能活下來了吧?

  很遺憾,并不能。你還是“妥妥滴”......

  要記住,真正殺死你的不是速度,而是加速度。

  Q:為什么光可以用東西擋住,聲音卻不可以?

  其實聲音也是可以用東西擋住的,光也可以不被東西擋住。你問題

  中的光指的是我們能夠看見的可見光,你問題中的聲音也只是可以聽到的聲音。

  在物理上,光和聲音都是一種波動現象。只不過一個叫電磁波,一個叫機械波而已。而決定一個波會不會被一個東西擋住的因素很簡單:波長的尺度與物體的尺度。如果波長遠小于物體的尺度,那么這樣的波就會被物體擋住。反之則不會。

  人能夠聽到的聲音的波長在17毫米到17米這樣一個尺度范圍內。日常生活中的絕大多數東西也恰好都在這個尺度范圍內。結果就是聲波很容易繞過這些物體被我們聽到。這種現象就叫衍射。

  另一方面,可見光波長的數量級只有幾百個納米,這個尺度遠遠小于日常生活中物體的尺度。所以光看上去幾乎就是直線傳播的。

  問題的關鍵不是光或者聲音,而是波長。聲波波長很短時就不能繞開物體了,超聲波就是準直線傳播的聲波。同樣,波長長的光波/電磁波也可以繞開物體。這就是你在家到處都能收到Wi-Fi信號的原因。(Wi-Fi信號是電磁波,2.4GHz協議,它的波長差不多就跟你的臉一樣寬。)

  Q:據說孫悟空是以音速飛行的,因為他的筋斗云就是音爆云,這是真的嗎?在水中以音速運動又是怎樣的情況呢?

  聲音的本質就是介質振動的疏密波(縱波)。一架飛機飛行的過程中碰撞空氣產生振動,這種振動就以聲波的形式向外擴散。

  當達到音速的時候,飛機在碰撞自己跟前的空氣,而空氣卻來不及將這種擠壓擴散出去,因而被緊密地壓在一起,對飛機產生劇烈的阻力和擾動,這一現象叫音障。

  在這一過程中,被擠壓的空氣有很大的壓強,高壓下空氣中的水蒸氣被液化成小水滴,形成一片白色的“云”。這一現象就叫音爆云。

  音爆云和音爆都只在飛機突破音速的那一刻產生,一般來說持續幾秒鐘—沒有飛機會一直卡著音速飛行。速度完全超過音速以后,飛機自身反倒平靜了許多。飛機仍在碰撞空氣,但它將自己發出的聲音甩在了身后,本來應該以球面波形式傳播出去的聲波波前此時形成了一個錐形面—飛機在錐尖的位置。

  飛機外面的你在“聲錐”之外什么都聽不到。當聲錐界面經過你的位置時,空氣壓強的突變會使你聽到如爆炸一般“砰”的一聲,這就是音爆現象。之后你在聲錐之內了,聽到的就是正常的飛機飛行聲。

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