发哥的骰子是怎么立起来的呢?


很多电影中,比如《赌神》

都有将骰子立起来的场景

那么,问题来了

发哥骰子是如何立起来的呢?

高进:大力出奇迹!(邪笑)

骰子:为了活下来!(瑟瑟发抖)


1

Q:为什么有的时候用袖子或戴着手套去点手机屏没反应,但触屏笔就能有反应?

by ball lighting

手机对外界触碰做出反应背后的关键并不在于触碰本身,而是由于触碰物和手机之间有微小电流产生,然后手机中的各种电路分析得到触碰点的位置并做出相应的操作。

在这里以电容技术触摸屏为例进行说明(当然还有其他如电阻屏等类型的触摸屏,但是电容屏相对应用更广)。我们的手机屏幕其实是一块四层复合玻璃屏,其结构大致如下图: 

其中有一层ITO面板,ITO是一种氧化铟锡材料,它透明,并且可以导电,常用来制造触摸屏幕。当我们用触屏笔或手指触碰屏幕时,相当于形成了一个耦合电容,对于高频电流来说,电容是导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触控屏四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置信息,从而达到操作目的。我们平时用手机触屏操作也是这个原理,人体此时也可看作一个导体传导电流,当然这个电流是非常微小的。而袖子和普通手套(触屏手套由于在指尖部分做了特殊处理使之可以在手和屏幕之间导电而能达到触屏的效果,只是不太灵敏)并不能导电,这也就解释了这个现象。如果大家还将信将疑可以打开手机相册试试用钢尺滑动照片,确实是可以进行操作的(小心操作,钢尺把屏幕划花了可别怪我没提醒大家哦[滑稽])。

By 懒懒的下午三点半


2

Q:55度杯的原理是什么?

by 匿名

首先根据厂家的宣传,他们在55度杯的夹层中采用了一种相变温度在55度左右的微米级相变金属(相变即指物质状态改变,如固液气之间的转变可称为相变),通过导热层将相变金属在相变中释放的热量传递给杯中的冷水,或从热水中吸收热量用于相变,由于其相变温度在55度左右,可通过摇晃1分钟使杯中水的温度变为55度左右,适合饮用。但是根据商家所说的相变原理,在对热水降温(或冷水升温)后不能立刻再次对热水进行降温(或对冷水进行升温),因为相变后不能继续在相变温度再次相变吸热或放热,就像我们不能让冰吸热融化成水后让水继续吸热融化,只能让水放热凝固成冰一样。

但是实际上目前在市场上售卖的55度杯并没有用商家所宣传的相变金属,而是用了各种各样的其他的填充物。他们并没有将他们所说的专利用于商品中,所谓的55度杯只是一种电商骗局。对于这一虚假宣传,央视爸爸也和我们物理所的研究员共同进行了辟谣,详情可戳新闻直播间:摇一摇,冷水变成55度温水?(http://tv.cctv.com/2015/01/25/VIDE1422172923122950.shtml)

这里也希望大家不要上当受骗。关注中科院物理所,让你不再被骗[骄傲]。

By 懒懒的下午三点半


3

Q:伤口上撒盐是什么原理?撒盐只是会更痛还是会对身体有害呢?

     by 嘤嘤嘤

听说伤口撒盐是治疗烫伤、烧伤的土方法,那只能说大家是容嬷嬷的第五十六代传人。今天的辟谣:千万别往伤口上撒盐!

将盐撒在创面上会形成高渗环境,血液中的水分从低浓度的地方向高浓度的地方渗透,导致伤口周围组织细胞脱水,刺激神经引起剧烈疼痛。此外盐分还会被吸收到血液中,引起高钠血症,严重的还会导致低血容量性休克。

大家会说医院的生理盐水可以清洗伤口。不过医院里用的是 0.9% 的生理盐水,因为渗透压与人体血浆的渗透压相等,不会产生高渗环境。而且盐水只起到清洁的作用,根本不能用来消毒。毕竟伤口撒盐就真的只是伤口撒盐,就如你在电视剧看到的酷刑一般,并不适用于处理伤口。

在伤口上撒盐会痛,但别忘了盐也会给你清理伤口,但更不要忘了将盐水调到适宜的浓度。

By 懒懒的下午三点半


4

Q:一个封闭的房间里,灯开一段时间后,灯发出的光子碰撞在墙上后,墙为什么没有辐射出能量?

by 哈哈

无论是墙还是灯,只要温度没有低到绝对零度,那就会每时每刻永不停息地辐射出携带着能量的光子。这种辐射的强度在物体表面温度不太低的时候和物体表面温度的四次方成正比,而辐射的峰值频率和温度会成正比,这种现象叫做热辐射。所以不管灯发出的光子是否到达墙上,墙都会不断地向环境辐射能量。大家如果有红外线成像仪的话,把它对着墙壁,也能发现来自墙体的红外信号,这就是因为墙体在对外辐射携带能量的红外光子。

那么灯发出的光子对墙到底有什么影响呢?光子在到达墙体之后就会被墙吸收,墙体吸收了光子之后温度就会升高。这就会让墙体辐射出更多的光子和更多的能量。这种吸收光而提高温度的现象在日常生活中几乎无处不在。只不过,就算是受到了灯的光照,因为灯的亮度相对而言比较弱,墙体表面的温度上升的很少,辐射出来的能量强度只比没有接受光照的墙体强一点点,人类肉眼无法感知到这一变化。


By Luna


5

Q:玩骰子的时候,很多电影中像赌神,骰子在盖上盖子后,用力甩,摇,如何使起叠成一列,这个可以实现吗?如果可以需要什么力度?

by ball lighting

大家在看赌神的时候可能会觉得这件事情很神奇,其实这里的物理学原理很简单——和大家所熟知的摇晃水杯非常相似,或许大家早就进行过了类似的尝试呢~水杯在被摇晃的时候,内部的水会快速旋转,同时也会有一部分水会离开原本的位置来到水杯侧壁并让液面倾斜,就像下面这张GIF图一样,非常有趣。

把水杯想象成赌神手里握着的那个桶,又把骰子想象成水杯里的水话,骰子会和水一样被甩到杯子侧壁就不难理解了吧~。把水甩到水杯侧壁的这种力叫做离心力,它是一种惯性力,是真实世界不存在的力,因为我们选择在转动参考系中研究问题所以它就出现了。如果大家想弄清楚的话可以去查一下离心力/向心力的具体含义和由来,在这里就不做赘述啦~

如果更细致地去研究这个问题,尤其是想弄明白被甩到一边的骰子是如何立起来的话,就需要使用简单的运动分析和力学分析。杯子和骰子的运动和下图类似:摇晃杯子让杯子绕着偏离圆心的某个点做圆周运动,同时骰子永远在距离圆周运动中心最远处的水杯内侧壁。让骰子在桶里转起来,并不需要很大的力,关键是摇晃杯子的时候要使用稳定的频率以及合适的力度。

上图给出了骰子的受力情况,图中的FL就是离心力。我们可以看到,它的存在让骰子额外地受到一个平行于水平面的力,也就等效于改变了重力的方向。这个力在摇晃水杯的问题中是让液面倾斜的力,在这里就是让骰子叠起来的状态能够稳定存在的力。不难想象,在一定微扰下,部分骰子离开底面飞起来,FL足够大时,也就是让骰子做转动的速度足够快的话,让骰子被这个离心力吸到紧贴侧壁并叠起来是有可能的。

PS:关于“离心力”的说法,这期专栏第三个问答有所介绍。

By Luna


6

Q:为什么在早上和下午时也能看见月亮?

by 匿名

能否在早上和下午看到月亮,主要依赖月亮-地球-太阳的相对位置。如果固定每天24小时中的某一个时刻观测月亮,月亮的位置会在一个月的时间里绕地球旋转,每天看到的月亮的位置是不同的。只要月球反射的太阳光能以一个比较高的角度射向地球,就有可能被地球上的人看到。

上面这幅图是一个简单的示意图。因为太阳很远,所以射向地球的光线近似于直线,蓝色的是地球,白色的是月亮,黄线是太阳发出的光。图中有两个不同位置的月亮,分别对应了不同日期和时刻,月亮的大致位置。穿过地球中心的虚线是晨昏线,线的上面是白昼,下面是夜晚。右上角的小人在白天看到了月亮,左下角的小人在晚上看到了月亮,而左上角的小人,因为能看到的月亮的反射光来的角度太低,又很弱,自己又身处白天,月亮的反射光就会被天空的光所掩盖,很难被看到。

By Luna


7

Q:为什么计算动能时要以地球为参考系?

by 匿名

相对性原理指出,所有的惯性系是等价的,所以我们可以在任何参考系中计算动能,虽然不同参考系中得到的计算结果会不同,但是它们都是有效的,都客观地反映了那个参考系中物体所具有的动能。而我们在日常生活中计算动能常常使用和地球表面无相对运动的参考系的主要原因是:使用起来很方便。举一个具体的例子:在实际应用中,我们常常需要计算让一个物体从相对地球静止加速到某一个确定速度所需要的能量,这个值也就是外界需要对物体做功的值。在相对地球静止的参考系中,这个值恰好等于物体末态的动能。如果我们选择了一个和地球表面有相对运动的参考系,那么知道初末状态的动能也无法确定外界需要对系统做多少功,我们还得知道初末状态的速度方向,这就不那么方便了。

By Luna


本期答题团队

物理所   Luna、懒懒的下午三点半

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我们下期再见~


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