早期原子弹的需要靠飞机投放,
那核爆发生后,
投弹飞机可以全身而退吗?
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Q1 雨后晚霞为什么更美?
Q2 海底深处更靠近地心为什么更冷
Q3 吸管为什么总是浮起来?
Q4 核爆后投弹飞机为何会无恙?
Q5 窗贴胶带能加固吗?
Q6 时间的本质是什么?
Q7 金属为何发光?
Q8 液晶屏为何能感温?
Q1 为什么雨后的晚霞比平时的美?
by 17
答:
让我们先“复习”以一下晚霞形成的原理:首先,傍晚的阳光以极低的角度斜射过来,在传输的过程中与空气分子发生瑞利散射。短波长的蓝紫光散射更强,在传输过程中消耗殆尽,只有长波的红橙色光能穿过厚厚的大气层打在云上。随后,打在云上的红光与云层中的水滴或冰晶发生米氏散射,最终映入我们的眼睛。
然而,当空气中充斥着尘埃和污染物时,傍晚阳光传输的过程中,不仅会发生瑞利散射,还会发生波长选择性更弱对波长没有选择性的米氏散射——它会把各种颜色的光同等程度地散射出去,导致天空看起来带有一层灰白色,冲淡了晚霞原有的鲜艳色彩。
在雨后,空气中的大颗粒污染物被清除,几乎只剩下尺寸远小于光波长的气体分子。此时,瑞利散射终于能占据主导地位,蓝绿光被过滤得非常干净,只剩下最纯粹的红橙色光穿透过来,呈现出极高的色彩饱和度和对比度,视觉上显得格外浓烈和明亮。
此外,雨后残留的积云或卷云还是晚霞完美的投影幕布。这些云朵由纯净的微小水滴或冰晶组成,能够高效地反射那些穿透而来的高纯度红橙色光。不同的高度、厚度的云朵还会对光线产生不同程度的反射或吸收,从而在天空中呈现出极具层次感、立体感的色彩过渡。
参考文献:
WALLACE J M, HOBBS P V. Atmospheric Science: An Introductory Survey [M]. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2006.
by 冰糕
Q.E.D.
Q2 既然地球内部是岩浆并且温度相当高,为什么越往海底深处海水温度越来越低?
by 橙子圆又圆
答:
这是因为影响海水温度的主要因素是阳光,由于阳光的照射,表层海水的温度可以达到20℃-30℃。而阳光无法穿透上千米的深海,所以热量无法传下去。地球内部的温度虽然极热,但传导出的热流密度很低,每平方米大约只有0.06W,这对于深海的海水来说微不足道。
此外,还有一个很有趣的现象,由于4℃的水密度最大,会一直沉到海底,所以全球大部分的深海温度都维持在1-4℃,平均为约3.5℃。
by 跑马仔
Q.E.D.
Q3 为什么喝汽水时吸管会往上浮?
by 17
答:
喝汽水时,吸管往上浮,主要有两个原因:吸管本身质量和密度小,以及汽水中的二氧化碳气泡会附着在吸管上。吸管浸入汽水后会排开一部分液体。根据浮力原理,汽水会给吸管一个向上的浮力,只要吸管材料的密度越小,这种上浮的趋势就越强。最重要的原因是水中的气泡,二氧化碳气泡容易在吸管表面的细小划痕或凹凸处形成并附着。气泡几乎不增加重量,却增大了吸管和气泡整体排开的液体体积,相当于给吸管加了很多“小救生圈”,使浮力进一步增大,于是吸管会进一步上浮。
by 小被子
Q.E.D.
Q4 美国向日本投核弹时用飞机运输,为什么核爆炸后飞机没有受到影响?核爆炸难道不是以自身为圆心向四周扩散吗
by 章鱼
答:
核爆后飞机也会受到影响——但通过精妙的路径设计,这种影响被最小化了。核爆炸会产生三种致命的杀伤效应:冲击波、光辐射和电离辐射,这三种效应确实都是以自身为球心圆心向四周扩散的,但其杀伤力会随距离的增加而减小。
以投向广岛的原子弹“小男孩”为例,轰炸机的投弹高度约9400米,核弹爆炸的高度被设定在580米,从投弹到爆炸,核弹有43秒的自由落体时间。在负责投弹的轰炸机“伊诺拉·盖”号B-29轰炸机抛下“小男孩”后,立即进行了一个155度的拉杆急转弯,同时俯冲加速,全力飞离原子弹爆心。
在原子弹爆炸的瞬间,轰炸机距离爆心已有14.5公里的距离——以光速传播的光辐射和电离辐射在这个距离上大大衰减,强度已不足以摧毁飞机。原子弹爆炸约40秒后,冲击波追上了飞机——这让“伊诺拉·盖”号承受了约2.5G过载的冲击。飞机结构发出剧烈的金属挤压声,飞行员描述当时感觉就像遭到了高射炮近距离轰击。
随后的几十年,在冷战疯狂的核军备竞赛中,面对当量更大、杀伤力更强的核武器,工程师们开发出了更多的方法:在核弹上安装降落伞以减缓下落速度,以高抛的方式投掷核弹,把飞机涂成高反射的白色以减小光辐射的影响……值得庆幸的是,以上的种种方法,终究没有在实战中派上用场。
参考文献:
Mullener, “Pearl Attack Led to Mushroom Cloud for Paul Tibbets,” Times-Picayune (New Orleans, online edition), 6 December 2000.
by 冰糕
Q.E.D.
Q5 台风天,窗户贴胶带有加固作用吗?原理是什么?若有用,什么样的贴法更好?
by 早睡早起呦
答:
普通胶带贴成“X”“米”“井”字,基本没有给窗户加固的作用,也不能可靠地防止玻璃被台风吹裂或被飞来物击碎。它最多可能在玻璃破裂后粘住一部分碎片,但效果有限且不稳定,不能把它当成防风措施。
玻璃承受风压时,像一块四周固定的薄板一样发生弯曲,最大的危险通常是玻璃表面的拉应力。要真正提高承载能力,需要增加玻璃厚度、采用钢化或夹层玻璃、加强窗框,或者在窗外设置能把载荷传递给墙体的挡板。胶带既很柔软,又只覆盖很窄的区域,通常也没有牢固地锚固到建筑结构上,因此几乎无法把大面积风压传递给窗框。甚至在一些情况下,胶带边缘形成局部约束和应力集中,使玻璃更早破裂。[1]如果目标是“加固窗户”,没有一种胶带图案值得推荐。如果目的只是尽量减少碎片飞散,完整覆盖玻璃的专用安全膜、夹层玻璃,理论上比几条稀疏胶带有效得多。对于普通住宅,台风来临前更重要的是:把所有窗户关紧并锁上,检查窗框、锁扣是否松动;收回阳台上的花盆、晾衣架等可能成为飞散物的物品;人远离迎风窗户,尽量待在没有外窗的室内房间。
参考文献:
by 小被子
Q.E.D.
Q6 时间的本质是什么?
by 匿名
答:
物理学里没有统一一句公认的"时间是什么"。不同理论对它的处理不同,两个最基本的理论甚至互不兼容。
先看时间在物理学里的"身份"演变。牛顿力学把它当作绝对背景,全宇宙同一个时钟,均匀流淌。但相对论推翻了这点:时间与空间合为"时空",时间流逝速率会随速度和引力改变,我们跑得越快、引力越强,钟走得越慢;此外时间还是局域的,没有哪个参考系的钟是"真正标准"的。可到了非相对论量子力学,时间仍被当作外部参数,而不是可观测量;即使在相对论量子理论中,这一点也没有根本改变。位置是算符,时间不是,二者地位也不对称。构造时间算符会碰上 Pauli 定理的障碍。相对论已经让时空平权,量子力学却仍把时间留在参数位置,两者对时间的处理存在深刻差异。走向量子引力时问题更激进:Wheeler-DeWitt 方程里时间干脆不作为基本坐标出现,有人据此认为时间并非基本,而是从量子纠缠或熵的变化中涌现出来的次级现象。
“身份”矛盾之外还有一个独立的子问题:时间为什么有方向。微观定律大都是时间对称的,把粒子运动影片倒放仍符合物理;而宏观世界却分明有方向,例如打破的杯子不会自动复原。主流观点把这个方向归于熵增,即孤立系统的无序度倾向于增加,时间箭头指向熵增方向。但熵增到底是纯粹的统计趋势还是更深层原理的体现,至今仍有争论。
所以"时间的本质是什么"至今开放。身份上,相对论说它是时空一维,量子力学把它当参数,量子引力怀疑它不基本;方向上,热力学给出箭头却解释不清根由。这些图景尚未拼成一张自洽的完整答案。
by 柠七
Q.E.D.
Q7 为什么金属材料会发光而塑料就不会?本质上有什么区别?
by 安昊洋
答:
首先明确下亮晶晶的金属材料的“发光”其实是反光:把环境光强烈反射出来。从这个角度看例如亚克力等材质的塑料材料也会有明显的反光(只不过不会像金属那样强烈)。本质原因是:金属中有大量可自由移动的电子。根据德鲁德模型,当光照射到金属表面时,自由电子会一起振动,然后重新辐射出电磁波,从而保证金属具有很好的反射率。而塑料材料是有机物,其中电子被牢牢束缚在分子键上,不能在整个材料内自由移动,从而不会像金属一样具有那样强的反光。
【深度思考 0s】万一提问者真是问的会发光的金属材料呢?
那应该要小心了,会自发发光的金属可能含有辐射,这可能是核衰变激发了周围材料产生可见光。不过从这个角度考虑的话,带放射性同位素的塑料材料还能充当闪烁体或荧光体,应该更容易激发产生光。
by 小被子
Q.E.D.
Q8 手机的液晶显示屏为什么只能感应到有一定温度的东西?它是如何实现的?
by 安昊洋
答:
我们认为的“感应触摸”功能,实际上是通过集成在液晶面板中的电容式触摸屏来实现的。透明导电层(多为氧化铟锡,ITO)蚀刻成纵横交错的电极网格,每个交叉点构成一个微小电容。触摸控制器持续测量各节点电容,记录无人触碰时的基线值;当导体靠近某节点,该处电容发生改变,控制器据此定位触摸坐标。
因此真正决定能否触发的是物体的导电性,与温度无关。人体内含大量的水和电解质,是良导体,所以我们的手指、脸颊一碰就灵;而指甲的主要成分是干硬角质,塑料笔、橡皮、普通手套同样不导电,它们不改变屏幕电容,屏幕自然不响应。反过来看,任何导体都能触发,金属钥匙、水滴都可以,这也是湿手容易误触的原因。
为了更好理解这个原理,我们自己也可以做个对照实验:用凉的金属钥匙的较大平面接触并操作屏幕,会发现屏幕照样灵敏;而用温热但绝缘的塑料去碰,却毫无反应。
by ThymolBlue
Q.E.D.
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冰糕、跑马仔、小被子、柠七、ThymolBlue
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编辑:凉渐
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