做一条物理的「舔狗」_风闻

原创：中科院物理所

曾经，

那些美妙的物理定律

摆在我面前，而我没有珍惜

直到考试用到的时候，才追悔莫及

人世间最痛苦的事情莫过于此

如果上天能够给我一个再来一次的机会，

我会对物理老师说：

老师，我想再学一次！ 

如果非要在这份约定上加点 BGM 的话，

我希望可以是——

「被伤过的心还可以爱谁，没人心疼的滋味」。

那些伤心的事

Those Sad Things

你哭着对我说

「动量守恒和能量守恒不是骗人的」

▲ 理想中的别人的课堂上，老师向大家演示，什么是能量守恒。只要你释放单摆，那么在它再次荡回来的时候，因为能量被摩擦阻力等消耗掉，高度肯定没有原来的高，虽然直面一个大球飞过来还是一件很可怕的事情，你要相信科学，它肯定撞不到你。图片来自 MIT 公开课

▲ 现实中的老师向大家演示，什么是能量守恒。

▲ 相信大家都知道，如果两个质量相同的物体发生弹性碰撞，它们会互相交换速度。如果有两个质量差别很大的物体相撞，那么小物体将会获得加速。这背后的原因其实是一样的，都是因为弹性碰撞，两者的接近速度等于两者最后的分离速度。

▲ 上图中看似是一个物体和多个物体同时发生碰撞，但是我们思考的过程还是不断地发生两体碰撞。因为它们的质量都相同，所以在弹性碰撞以后交换速度，第一个球和第二个球交换速度，前者静止，后者继续碰撞和第三个球交换，依次类推。

▲ 但是如果是一个质量很小的物体与质量很大的物体相对运动，速度均为 v，那么碰撞以后，大质量的物体速度接近不变，小质量的物体将会变为约为原来的 3 倍速度，也就是 3v。原因很简单，因为两者的接近速度为 2v = v -（-v），所以分离速度，也就是小物体相对大物体的速度也为 2v。

▲ 这是一个我们看了有点心疼，鼠类动物看了想打人的一个演示。利用接近速度等于分离速度，我们同样可以分析出飞翔的小仓鼠的速度将会是其落地速度的 2~3 倍。

▲ 演示这个实验的时候，我们一定要注意小球弹起的方向，否则就会发生上面这一幕惨剧……

▲ 碰撞过程动量改变其实是通过物体形变，支持力产生积累效应，只不过一般我们看不到或者看不清形变

▲ 上面的速度交换我们也可以通过另外的方式完成，比如跷跷板。本质上就是利用两边对称，利用跷跷板就可以交换动量，从而交换速度。

▲ 不过我们肯定不能像上面的大佬们一样……

​合格的「舔狗」

Nice dog

所谓物理伤我千百遍，

我还待它如初恋。

说的大概是，怎么做一个合格的「舔狗」

打上引号防止友军误伤

尽管上面被物理伤得那么深

但是对它还是那么真

看到好玩的现象

忍不住就嗷嗷嗷地冲上去了

▲ 我们用高速摄影机可以记录下如果我们松开弹簧，会发生什么。这张图直观地展示了「声音」在弹簧中是怎么传播的。一端施加变动以后，在弹簧的另一端并不是实时就会有反应的，因为动态来看，另一端的弹簧弹力并没有发生变化，依旧处于平衡位置。

▲ 现在有很多动画片，但是其里面有科学的地方，也有不科学的地方。抛开上图里面水流出的动力来自哪里的问题，我们可以看到，因为动量守恒，如果我们向后抛出物体，那么我们就能不断地向前加速。现在的火箭发动机就是建立在这个原理上，只不过它们向后扔的是高温高速的气体。其实可以想见，这种火箭的效率并不高，想要往天上发射几吨的物质，往往需要十分巨大的火箭。比如曾用于阿波罗登月计划的「火星五号」，起飞质量高达三千吨，最后只能把几十吨的重量送到月球轨道上。

▲ 我们都知道在马鞍上直接放上一个东西，并不能平衡，但是如果把马鞍面旋转起来，在一定情况下，中间的物体就可以稳定地放住。该课题同样也是 2014 年国际青年物理锦标赛（IYPT）的一道题，看起来很反直觉

▲ 在上面的关于动量的分析中，似乎水应该会把球推开，不会形成一个稳定位置？但其实因为水在碰到球的表面以后，其速度变为沿着球面方向，球对其施加了向心力。力的作用是相互的，所以水流也会对球产生「吸引力」，从而拽住球球不让它跑掉。

▲ 现在的人们可以设计反馈系统，从而反抗重力。虽然看起来就像是那种没啥卵用的机器里面可以排上号的……

▲ 这个现象被称为链条喷泉（chain fountain），因为在 YouTube 上的科学博主 Mould 的视频而变得广为传播。这种现象和链条的形状密切相关，我们用软绳并不能做出这种现象。一种说法认为，链条的局部是刚性的，所以在下方链条拉动其上升的过程中，会对下方施加一个压力，从而获得喷泉的喷出的力量。

看点「好看」的，物理还是爱我的

Satisifing Pictures

做一条物理的「舔狗」

希望别舔到最后一无所有

*  文内动图来自 Giphy 以及 Reddit