下雪後為什麼感覺很安靜？

科技 08-05

下雪的時候

走著走著就一起白了頭

浪漫的雪地里

一片靜謐祥和的氣氛

下雪後為什麼這麼安靜呢?

為什麼最大靜摩擦力比滑動摩擦力要大？

By 黃博逸

現在，一般認為達·芬奇是第一個提出摩擦基本概念的人。在他的啟發下，幾位科學家進行試驗後建立了摩擦定律，共四條；其中定律三表述為：靜摩擦係數大於動摩擦係數。

幾個世紀以來，我們都在遵循這一定律。然而，摩擦過程仍舊隱藏在一團迷霧之後。就以小物塊處於鞋面上為例：摩擦力按正壓力與動摩擦因數的乘積計算，斜面慢慢增大傾角。在這一過程中，傾角超過某一角度時，物塊將勻加速向下滑動。實際實驗中，這個傾角並不是一個確定的值，而下滑過程也不是勻加速。造成這樣的原因是斜面粗糙程度不一致導致的。目前實驗發現：在兩種固體界面非常乾淨的時候，最大靜摩擦係數嚴格等於動摩擦係數。

另外，動摩擦因數和其他量也有一些關係。動摩擦因數和速度是相關的，當速度增大時，動摩擦因數先輕微增大，而後減小。我們猜測這種減小可能是由於界面的微小振動造成的。當正壓力很大時，界面形變明顯改變物體受力情況，因而動摩擦係數會改變。

為什麼物體在最速曲線上運動得最快呢？

By xxxxxxxxx

最速曲線是指考慮無摩擦情況下，小球從一點自由滑落到下面另一點用時最短的軌道曲線，如下圖所示。首先可以肯定的是，由於機械能守恆，物體經過哪個軌道到達底部的速度都是一樣的。直觀來看，好像兩點之間線段最短，直線過去應該用時最少。然而並不是這樣。如果一開始的斜率絕對值比直線的大，它將使小球更快加速，這是個導致用時更少的因素，雖然另一個因素會導致用時更長——路程變大了。因此不能簡單認為直線用時最少。

想要求出最速曲線，需要結合各處的斜率（決定了加速度）和路程，把所需時間t當成曲線方程y(x)的泛函（即把y(x)及其導數放在積分中表示出時間，由於y(x)本身是個不知道具體形式的函數，時間表示成了y(x)的函數，像這樣函數的函數就叫做泛函），利用變分方法得到令時間最小的最優解y(x)就是最速曲線的方程。沒有變分基礎的同學可以只大致了解是怎麼解出的，有變分基礎的同學可以……估計你們都已經算過這個問題了吧

為什麼下雪後會感覺很安靜？

By Tutuchan

會發現這個問題，提問者一定是一個心細如塵的人。

雪花作為水的一種常見的物態，人類對其的研究開始的比較早，認識的也比較深入。眾所周知，雪花的形狀多種多樣，下圖所示是比較常見的幾種形態（圖片來自中科院於淥老師等著科普讀物《相變與臨界現象》）。

雪花很輕，是從天上「飄」落到地面上的。它千奇百怪的形狀，還有這種輕輕「飄落」的性質，決定了積雪不能緻密（人踩過車壓過的不算），只能處於蓬鬆多孔的狀態。

那麼接下來就是聲音的吸收了。我們知道聲音是一種機械波，是靠空氣的振動來傳播的。而空氣的這種振動最害怕遇上蓬鬆多孔，容易發生非彈性形變的物質（如海綿），因為聲音傳到這些小孔腔里之後，會經過多次反射，直至把能量耗光，只有較少的一部分能逃出小孔腔，繼續傳播。市面上很流行的泡沫隔音板就是利用類似的原理。下雪後會顯得比較安靜大部分也是由於這個原因。

關於吸音，其實還有很多可以說的。我們這裡再簡單提一下。

我們身邊有很多場所是需要做吸音處理的，例如會議室音樂廳之類。這裡運用到的吸音原理就比較多了，不單單的是上面所說的小孔腔吸音。其中較常用的原理是共振吸音，因為一些功能性場所需要吸收特定頻段的聲音，這樣就可以用一些材料，其固有頻率比較接近需要吸收的聲音的頻率。在該頻率的聲音傳播到材料上時，吸音材料就會發生共振把聲音吸收然後耗散掉。

雲的本質是什麼？為什麼白色的雲不容易下雨，而黑色的雲容易下雨？

By YZW

雲的物理本質是浮在空中的小水滴和小冰晶群。我們肉眼觀察到的雲形是大量小水滴和冰晶群組成的輪廓，其實內部是不斷運動和變化著的。

夏天的時候，我們經常可以看到天上烏雲密布，然後下起了暴雨，之後雨過天晴，天上飄著白雲。其實，夏天高溫導致地面的水蒸發到空中，而高空溫度較低，白雲其實就是空氣中水蒸氣圍繞凝結核（比如說細小顆粒、塵埃等）形成的小水滴，這些水滴聚集多了就變成了我們肉眼觀察到的白雲，然後隨著水蒸氣繼續聚集，水滴越來越大，於是就變成了烏雲。

那麼為什麼水滴變大可以使白雲變成烏雲呢？首先我們知道水滴直徑是微米級，根據粒子線度大於10倍的入射光波長(考慮人眼可以觀測到的400-760nm段)，我們發現應該利用Mie散射理論來解決這一問題。根據Mie理論，我們知道光強和顆粒大小成反比，因此水滴變大會導致光強變小，也就是亮度變低，表現為人眼觀測到的烏雲。

我們常說的「天黃有雨「也是由於灰塵和水滴聚集導致的。

0℃的水和冰哪個分子間距大？

By ╭〃Sakura～

首先我們先拋出結論，冰中的水分子間距更大。

我們一般認為同種物質固體、液體、氣體三種狀態的分子間距依次增大。這是考慮分子熱運動可以得到的結果，那麼為什麼水會有反常呢？

因為水結成冰時，水分子由於氫鍵締合成正四面體的水分子團，相比液態水中形成的平面的水分子團，由於立體結構中存在較大的空間沒有被水分子佔據，而平面結構則較為緊密，因此我們很容易得到0℃時冰中的水分子間距更大。

如果將地球鑽一個經過地心的對穿孔，然後丟一個重物下去，這個重物最終會懸停在地心處嗎？

By 格格巫

首先，我們知道球殼內部任何一點受到來自球殼的總的萬有引力為零（證明過程可以參考靜電場的高斯定理），這樣的話，一個實心球內部任意一點受到的萬有引力可以分解為一個球殼和一個小的實心球提供的萬有引力的合力（如下圖所示，以該點到球心的線段為半徑畫一個球面，將實心球分為一個球殼和一個小實心球），顯然球殼並不貢獻萬有引力，只有剩下的小實心球貢獻，方向為指向圓心（其實讀者可以試著將該點所受的萬有引力的大小解析式寫出來）。現在，如果我們不考慮阻力的話（即無能量的耗散），將重物自由落到孔中，重物一開始會一直受到指向球心的力，因此必將一直加速運動，直到到達球心，重物此時受到的合力為零，但依舊有速度，因此會繼續沿著小孔運動，只是越過球心後受力依舊指向圓心，因此會做減速運動，根據機械能守恆我們知道，重物肯定能到達小孔的另一端出口，並且到達時速度為零。此時重物由於還是受到指向球心的萬有引力，所以還是會往回運動，所以重物就一直會這樣沿著小孔做往複的周期運動。但如果考慮阻力的話，重物的機械能沿途會一直耗散，因此最終會停在球心處（勢能最低的點）。

空調為什麼能吹出冷熱兩種不同的風?

By 爐香

空調是一種典型的通過做功把熱量從低溫熱源搬運到高溫熱源的逆工作熱機。主要利用的原理是：在循環過程中，工作物質在低溫區汽化吸熱，然後在高溫區液化放熱，從而實現熱量從低溫區向高溫區的流動。空調主要由四個部分組成：壓縮機、膨脹閥、室內機和室外機。在製冷過程中，壓縮機將低壓氣體壓縮送入室外機液化放熱，變成高壓液體再通過膨脹閥變成低壓液體，然後工作物質經過室內機汽化吸熱，變成低壓氣體重新進入壓縮機完成一個循環。工作物質不斷經過此循環從而使室內溫度降低，這時室內機是蒸發器，而室外機是冷凝器。要完成制熱過程，只需要工作物質反向循環就可以了，切換工作物質循環方向是通過一個叫四通閥的元件完成的。這時室外機是蒸發器，室內機變成冷凝器。

空調的工作效率由熱力學第二定律所限制，室內外溫差越大，製冷（制熱）效率越低。所以在夏天把溫度調高一兩度，在冬天把溫度調低一兩度，省電省錢，節能環保，愛護地球，造福子孫後代~

為什麼通過特別小的小孔看東西會特別清晰？近視眼正常看不到的，通過小孔卻能看到！

By Shirley

先回顧一下人的眼睛看東西的原理吧。晶狀體利用凸透鏡成像原理將物體成像到視網膜，視網膜感受到的光信號傳入大腦。近視眼的成像在視網膜前，如下圖所示，光線到了視網膜的時候已經發散開了，因此看到的輪廓比較模糊。這時你可以想像，如果把光路壓縮到只在晶狀體中心附近，這樣匯聚光線的張角就很小，同樣成像在視網膜前的位置，但光線到了視網膜時已經不會那麼發散了，這樣看到的像也就不那麼模糊了。即便是正常眼睛，看東西時成像位置也不會絲毫不差地在視網膜上，而是偏差一點，因此光路壓縮之後也會有更清楚的效果。