左脚踩右脚能上天吗？| No.177

中科院物理所
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2019-10-18 13:19

原创：中科院物理所

今天，小编将向大家传授
武林（物理）绝技
上天七式——左脚踩右脚
请大家跟我一起唱：
跟着我
左脚右脚一个慢动作
右脚左脚慢动作重播
问答专栏，为你解惑
你有没有爱上我！
跟着我
思考质疑黑暗中探索
扫码提问从不同学科
青春有太多未知的猜测
成长的烦恼算什么！
（PS：问答专栏，专治物理“疑难杂症”
欢迎大家完善问答专栏"栏歌"）

Q
为什么有的保温杯保温效果差，有的保温杯保温效果好，是原理的不同还是材料工艺的不同？
by 热水就要配红枣枸杞
A
保温杯从保温瓶发展而来的，其保温原理与保温瓶基本一致，保温效果的好坏在原理上没有本质区别。1892年，化学家詹姆士·杜瓦制成双重玻璃容器，并将内侧玻璃壁上涂上银，然后又抽掉了双重玻璃间的空气，还申请了专利，据此热水瓶也被称为杜瓦瓶。
保温杯，简单说就是能够保温的杯子，一般是由陶瓷或不锈钢加上真空保温层做成的盛水容器，顶部有盖，密封严实，真空保温层能使装在内部的水等液体延缓散热，实现保温。
热量主要以热对流、热传导、热辐射这三种方式进行传递，真空保温层由于真空层中没有传递介质，有效抑制了热对流和热传导，同时在真空层内层通过镀反热镀层的方法将热量反射回保温杯内部，实现保温。
上图给出了常见的两种保温杯结构，其中无尾真空焊接技术的实现使得真空夹层漏气的概率减小，实现了更高效率的保温。同时真空保温杯一般配有树脂杯头，以达到良好的密封效果。
通过对保温原理的分析我们可以发现，保温杯利用的主要是真空保温以及镀层对热量的反射而实现保温，不考虑瓶口的密封效果，影响保温效果的关键因素即为真空层的真空度和镀层的热量反射能力，这些因素主要由保温杯制造过程中的材料工艺决定。
By 勿用

Q
请问为什么用手抛东西有时候越重反而越远？
by 匿名
A
为了分析简单，我们假设每次拋的物体外形相同但质量不同。同时假设出手点和出手角度相同。
一般来说，手抛物体的距离先随物体质量增加而增加，然后随质量增加而减小。
我们知道，即便是不拿任何东西，挥手速度也存在最大值。而拿了重物后，物体的出手速度会随质量增加而减小。如果不考虑空气阻力，应该是出手速度大的物体飞行更远，也就是质量小的物体被抛得更远。但是考虑空气阻力后，由于空气阻力只和物体的外形与速度有关，而加速度和质量成反比，因此，以同样速度飞行的两个物体，质量越小，阻力形成的加速度越大，阻碍物体运动的效果越明显。因此，尽管轻物体的初速度大，但是加速度也大，所以水平速度会迅速减小。对于较重的物体来说，虽然初速度没有那么大，但是加速度小，速度衰减慢，这样它的飞行距离就有可能超过轻物体。但是对于非常重的物体，即使它的加速度很小，不过由于初速度也很小，这导致它的飞行距离很近。
By Nothing

Q
左脚踩右脚交替能上天么？
by 匿名提问者
A
“以右脚垫左脚，借力使力，又向上拔起丈余，就看见窄巷两边的短墙后，都有一个人分别向左右两方窜出......”
我们经常在武侠小说或者武侠片中看到这样的桥段，主人公轻功练成，原地跳起后，快速左脚踩右脚交替下去就能腾空而起，飞向云端。而这种场景相信出现在很多心怀武侠梦的人的脑海中。但是小编现在不得不泼一盆冷水了。从科学的角度讲，这种神奇的轻功并不能在现实中实现。
先举一个例子，我们知道，我们之所以能够跳起一定高度，是我们在离地之前收到了地面给我们的向上的力。从动量的角度说，
离地之前地面对我们的作用给了我们额外的向上的动量变化。
现在我们来考察一下“踩脚-升空”的情况。先原地起跳，无疑能跳起来，但是在跳起来之后，以人为一个系统，左脚踩右脚是系统内的作用。或者说，左脚向下踩右脚，右脚得到了向下的动量变化P1，左脚得到了向上的动量变化P2，二者大小相等——而两个脚都在人身上——所以对于人来说，左脚踩右脚并没有给人额外的动量变化。
相反，不考虑空气阻力，对于人这个系统，重力倒是一直作用在人身上——使腾空的人最终落回地面。
所以说，原地起跳之后左脚踩右脚，最后的结果就是被重力拽回地面；
用力踩的话——结果就是脚疼+落地→_→
By Dannis

Q
植物会得癌症么？
by 路人甲
A
我们常听说人或者动物患癌症，那么植物有没有“得癌症”的概念呢？要回答这个问题，我们首先要明确一下什么是癌症。
一般来讲由于遗传因素、环境因素（物理化学或者生物方面）刺激等影响，细胞在时分裂出现异常增殖就可能发展成肿瘤，而肿瘤也会被分成良性和恶性，而后者一般就被称为癌症，相比于良性肿瘤，它更容易在生物体内转移和扩散。
那么植物体内是否会发生如上过程呢？答案是肯定的。在内外因素的刺激下，植物体上也会发生异常增生的现象，不过同动物细胞不一样的是，由于植物细胞有细胞壁的存在，这种异常增生的“瘤体”一般不容易在植物体内扩散。
但是！凡事还是有例外的。。一个典型的例子就是冠瘿病。冠瘿病菌在侵入植株后，可在皮层的薄壁细胞间隙中不断繁殖，并分泌刺激性物质，使邻近的植物细胞加快分裂、增生，恶性的情况下同样会扩散并导致植株死亡。从某种意义上说，这大概就算是植物“患癌”了。
By Dannis

Q
声音传播的远近和声音音调的高低有关系吗？
by 匿名
A
要想知道声音传播的远近和声音音调的高低是否有关系，首先要知道声音传播的远近反映的是声波的衰减程度，而造成声波衰减的原因主要有以下三个：
1.扩散衰减
物体振动发出的声波向四周传播，声波能量逐渐扩散开来。能量的扩散使得单位面积上所存在的能量减小，听到的声音就变得微弱。单位面积上的声波能量随着声源距离的平方而递减。（声波类型不同，随着传播距离增加其扩散衰减的规律也不相同）。
2.吸收衰减
声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能;同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。介质的这种衰减称为吸收衰减。通常认为，吸收衰减与声波频率的一次方或平方成正比。
3.散射衰减
当介质中存在颗粒状结构(如液体中的悬浮粒子、气泡，固体中的颗粒状结构、缺陷、搀杂物等)而导致的声波的衰减称散射衰减。通常认为当颗粒的尺寸远小于波长时，散射衰减与频率的四次方成正比；当颗粒尺寸与波长相近时，散射衰减与频率的平方成正比。
扩散衰减只与距声源的距离有关，与介质本身的性质无关。吸收衰减与散射衰减大小则取决于声波的频率和介质本身的性质。
声音的音调高低与声波的频率高低有关，所以，音调高低会影响声波的吸收衰减和散射衰减从而影响声音传播的远近。
总的来说，音调越高的声音频率越大，吸收衰减和散射衰减越大，声音传播距离越短。
By 懒懒的下午三点半

Q
正火、退火、淬火、回火等热处理工艺，基本都是升温后再冷却的过程，那么在物理细节上到底有何不同？
by 匿名
A
热处理过程均由加热、保温、冷却三个阶段组成，按加热保温的温度和冷却的速度不同分为四种不同的热处理工艺，不同的热处理工艺能为材料带来不同的组织和性能（以铁碳为例）。
正火：正火是将钢件加热到奥氏体化（奥氏体是碳固溶到γ-Fe中形成的间隙固溶体）后，保温足够时间后出炉在空气中自然冷却到室温的一种热处理工艺方法。
退火：将钢件加热到适当温度并保温一定时间后，缓慢地冷却到室温（炉冷）的热处理工艺方法称为退火。与正火相比，退火的冷却速度较缓慢。采用不同的退火工艺可以实现材料的球化、应力去除或转变为珠光体组织。
淬火：淬火是将钢件加热到相变点以上某一温度，保温足够时间获得奥氏体后，以大于马氏体（碳在α-Fe中过饱和的固溶体）的临界冷却速度的冷却获得马氏体组织的一种热处理工艺。淬火的冷却速度是四种热处理工艺中最快的，主要是为了阻止原子扩散，保留高温组织。
回火：将经过淬火后的钢重新加热到临界转变温度以下某一温度，保温足够时间后以适当的速度冷却到室温的热处理工艺称为回火。按回火温度不同可分为三种类型的回火：低温回火（150~250℃）；中温回火（350~500℃）；高温回火（500~650℃）
下图为加热和冷却时铁碳相图上各相变的位置。
A1、Acm、A3为平衡状态下临界转变温度，而在实际中，由于加热或冷却过程不够缓慢而不处于平衡态，相变点或相变线会偏离平衡相图，Ac1、Accm、Ac3分别为实际加热时的临界温度，Ar1、Arcm、Ar3分别为实际冷却时的临界温度。
By 懒懒的下午三点半

Q
为什么物体不能用有限手段到达绝对零度？
by 谢谢
A
绝对零度是定义出来的而不是实验测量出来的，目前在实验上还没有办法达到绝对零度。
根据玻尔兹曼公式S=kBlnΩ，Ω为微观状态数，在0K下，所有粒子被冻结在基态，此时微观状态数是确定为1的，故S=kBln1=0。我们从以下两个角度来理解无法达到绝对零度的原因。
1)、
对1mol理想气体，根据理想气体状态方程有P=RT/V，假设初始状态为T1，V1，经过某个过程，降温至T2。
（不明觉厉，好像很厉害的推导）
当T2=0K时，气体体积V2发散，说明对1mol理想气体而言，只有在其体积无限大时才能实现绝对零度，而这是在有限手段下无法实现的（敲黑板，划重点啦！）。
2、
某一状态下的熵
，
若T趋于0K，熵对于一个确定的状态是有限值，要使积分收敛，则体系的定压热容Csp趋于0（该现象已在实验上观察到），热容趋于0意味着物体热容对温度很敏感，很少的热量就会使物体温度发生明显变化，而在实验中无法制造出一个百分之百完全绝热的体系，因而在实验上无法达到绝对零度。
By 懒懒的下午三点半