做一條物理的「舔狗」

知識 02-13

本文轉載自公眾號「中科院物理所」

曾經，

那些美妙的物理定律

擺在我面前，而我沒有珍惜

直到考試用到的時候，才追悔莫及

人世間最痛苦的事情莫過於此

如果上天能夠給我一個再來一次的機會，

我會對物理老師說：

老師，我想再學一次！

如果非要在這份約定上加點 BGM 的話，

我希望可以是——

「被傷過的心還可以愛誰，沒人心疼的滋味」。

那些傷心的事

Those Sad Things

你哭著對我說

「動量守恆和能量守恆不是騙人的」

理想中的別人的課堂上，老師向大家演示，什麼是能量守恆。只要你釋放單擺，那麼在它再次盪回來的時候，因為能量被摩擦阻力等消耗掉，高度肯定沒有原來的高，雖然直面一個大球飛過來還是一件很可怕的事情，你要相信科學，它肯定撞不到你。圖片來自 MIT 公開課

現實中的老師向大家演示，什麼是能量守恆。

相信大家都知道，如果兩個質量相同的物體發生彈性碰撞，它們會互相交換速度。如果有兩個質量差別很大的物體相撞，那麼小物體將會獲得加速。這背後的原因其實是一樣的，都是因為彈性碰撞，兩者的接近速度等於兩者最後的分離速度。

上圖中看似是一個物體和多個物體同時發生碰撞，但是我們思考的過程還是不斷地發生兩體碰撞。因為它們的質量都相同，所以在彈性碰撞以後交換速度，第一個球和第二個球交換速度，前者靜止，後者繼續碰撞和第三個球交換，依次類推。

但是如果是一個質量很小的物體與質量很大的物體相對運動，速度均為 v，那麼碰撞以後，大質量的物體速度接近不變，小質量的物體將會變為約為原來的 3 倍速度，也就是 3v。原因很簡單，因為兩者的接近速度為 2v = v -（-v），所以分離速度，也就是小物體相對大物體的速度也為 2v。

這是一個我們看了有點心疼，鼠類動物看了想打人的一個演示。利用

接近速度等於分離速度，我們同樣可以分析出飛翔的小倉鼠的速度將會是其落地速度的 2~3 倍。

演示這個實驗的時候，我們一定要注意小球彈起的方向，否則就會發生上面這一幕慘劇……

碰撞過程動量改變其實是通過物體形變，支持力產生積累效應，只不過一般我們看不到或者看不清形變

上面的速度交換我們也可以通過另外的方式完成，比如蹺蹺板。本質上就是利用兩邊對稱，利用蹺蹺板就可以交換動量，從而交換速度。

不過我們肯定不能像上面的大佬們一樣……

合格的「舔狗」

Nice dog

所謂物理傷我千百遍，

我還待它如初戀。

說的大概是，怎麼做一個合格的「舔狗」

打上引號防止友軍誤傷

儘管上面被物理傷得那麼深

但是對它還是那麼真

看到好玩的現象

忍不住就嗷嗷嗷地衝上去了

我們用高速攝影機可以記錄下如果我們鬆開彈簧，會發生什麼。這張圖直觀地展示了「聲音」在彈簧中是怎麼傳播的。一端施加變動以後，在彈簧的另一端並不是實時就會有反應的，因為動態來看，另一端的彈簧彈力並沒有發生變化，依舊處於平衡位置。

現在有很多動畫片，但是其裡面有科學的地方，也有不科學的地方。拋開上圖裡面水流出的動力來自哪裡的問題，我們可以看到，

因為動量守恆，如果我們向後拋出物體，那麼我們就能不斷地向前加速。現在的火箭發動機就是建立在這個原理上，只不過它們向後扔的是高溫高速的氣體。其實可以想見，這種火箭的效率並不高，想要往天上發射幾噸的物質，往往需要十分巨大的火箭。比如曾用於阿波羅登月計劃的「火星五號」，起飛質量高達三千噸，最後只能把幾十噸的重量送到月球軌道上。

我們都知道在馬鞍上直接放上一個東西，並不能平衡，但是如果把馬鞍面旋轉起來，在一定情況下，中間的物體就可以穩定地放住。該課題同樣也是 2014 年國際青年物理錦標賽（IYPT）的一道題，看起來很反直覺

在上面的關於動量的分析中，似乎水應該會把球推開，不會形成一個穩定位置？但其實因為水在碰到球的表面以後，其速度變為沿著球面方向，球對其施加了向心力。力的作用是相互的，所以水流也會對球產生「吸引力」，從而拽住球球不讓它跑掉。

現在的人們可以設計反饋系統，從而反抗重力。雖然看起來就像是那種沒啥卵用的機器裡面可以排上號的……

這個現象被稱為鏈條噴泉（chain fountain），因為在 YouTube 上的科學博主 Mould 的視頻而變得廣為傳播。這種現象和鏈條的形狀密切相關，我們用軟繩並不能做出這種現象。一種說法認為，鏈條的局部是剛性的，所以在下方鏈條拉動其上升的過程中，會對下方施加一個壓力，從而獲得噴泉的噴出的力量。

看點「好看」的，物理還是愛我的

Satisifing Pictures