為什么不打車時(shí)周圍全是空車，而到我打車時(shí)卻半天不來一輛？

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科研搬磚之余，小編常常喜歡周末去看看電影放松一下，但是看完電影經(jīng)常碰到打不到車這個(gè)讓人頭疼的問題。印象中大街上空車很多?。≡趺闖檔接檬本兔渙四兀?
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1
Q
為什么濕衣物在身上很難脫下，而光腳踩在濕的地面上就容易滑倒？
by 機(jī)鋒
A
當(dāng)衣服被水浸濕之后，原本那些與皮膚沒有接觸到的縫隙就填滿了水，水對(duì)于衣服以及人的皮膚都具有較強(qiáng)的吸附力。另一方面，即便是浸濕的衣服，在皮膚與衣服之間也會(huì)存在一點(diǎn)空氣，因此由于有拉普拉斯附加的作用使得衣服不容易被脫下。比如濕襪子不好脫，但是當(dāng)把腳伸到水里脫就很容易脫下去了。
至于光腳踩在濕的地面上會(huì)打滑，首先這一地面即便是干燥時(shí)也具有較小的摩擦因數(shù) ，也就是說并不是任何濕潤(rùn)的地面踩上去都容易滑倒。容易滑倒的地面其表面比較光滑，因此此時(shí)水分子的作用更多的是潤(rùn)滑。
2
Q
為什么最近氣溫回升，地上的雪都化了，堆起來的雪人卻沒化？
by 匿名
A
雪會(huì)化是因?yàn)樗ㄟ^各種渠道吸收到了熱能，熱能的傳遞對(duì)于不同介質(zhì)來說效率是不同的。雪從物質(zhì)上來看是水，而水的比熱容是很高的，因此想讓雪的溫度升高升到融點(diǎn)還是需要很長(zhǎng)時(shí)間的，所以雪本身就不是特別容易化的。地上的雪會(huì)和地面之間進(jìn)行熱傳遞，通常地面的溫度要比雪高，再加上雪比較?。虼說逼祿厴蛘嚀舫な奔湔丈浜缶突嶧?。
而對(duì)于堆積起來又高又厚的雪人來說，它的密度比天然的積雪要大，因此外部的雪開始化時(shí)內(nèi)部仍能在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持低溫。事實(shí)上雪擠壓之后的絕熱效果還是很不錯(cuò)的，因此才會(huì)有雪屋這一存在。另一方面，雪人在融化時(shí)是不均勻的，并不是由外而內(nèi)一點(diǎn)點(diǎn)化掉的。當(dāng)融化掉一部分之后，間隙被導(dǎo)熱性很差的空氣填充之后就會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間的維持這一狀態(tài) 。比如有些雪或者冰實(shí)際上并不是和地面直接接觸的，它們之間存在一層薄薄的空氣，這是因?yàn)榕c地面直接接觸的時(shí)候熱傳遞快容易化，而融化掉一部分后空氣進(jìn)去了，空氣的導(dǎo)熱性差因此化的慢。所以即便雪人從外表上看似乎沒有化，但其內(nèi)部其實(shí)已經(jīng)不飽滿了，有很多微小的空洞。
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Q
為什么在我不打出租車時(shí)候，周圍一看全是空車，而到我打車時(shí)候怎么空車一下變少了？
by 匿名
A
以北京為例，在上下班的高峰期道路會(huì)比較擁擠，但并不是全城都處于擁擠狀態(tài)，而是在極個(gè)別道路上擁擠非常嚴(yán)重，有些道路則沒有那么擁擠。也就是說，同一時(shí)刻在不同的地方、或者同一地方的不同時(shí)刻，車流量是不同的。對(duì)于常年開出租車的老司機(jī)來說已經(jīng)有經(jīng)驗(yàn)了，知道什么時(shí)候該去哪片拉客。因此首先由于出租車的分布本就存在地區(qū)性、時(shí)間性差異，使得客觀上確實(shí)在你需要打車的時(shí)候整體上的打車需求都很高，進(jìn)而打不到車。
其次，這當(dāng)中也包含了心理學(xué)要素。當(dāng)你不需要打車時(shí)，一方面可能你是不緊不慢地在壓馬路，此時(shí)時(shí)間的流逝對(duì)你來說沒有那么敏感；另一方面空車的標(biāo)記牌亮著使得你更容易發(fā)現(xiàn)它，所以事實(shí)上你的觀察就存在偏差，因?yàn)楹芏噍d客的車被你忽略掉了。而當(dāng)你想打車時(shí)，你的注意力會(huì)集中在每一輛路過的出租車上，之前被你忽略掉的載客的車就能夠看見了。而當(dāng)你著急地想前往目的地時(shí)也會(huì)覺得時(shí)間漫長(zhǎng)，因此就會(huì)更加覺得車難打。
4
Q
通過捂住發(fā)聲物體來降低聲音的原理是什么?
by 匿名
A
聲音的傳播實(shí)際上是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，不同的介質(zhì)對(duì)于振動(dòng)的傳遞能力是不同的。所謂聲音的高低實(shí)際上是振幅的大小，振幅大則聲音就大。舉一個(gè)例子，當(dāng)把一個(gè)球以相同的高度分別在堅(jiān)硬的地面和在松軟的泥土上釋放后，其彈起的高度是不一樣的，松軟泥土上的球會(huì)更快的靜止在地面上。
聲音的傳遞也是同樣的道理，捂住聲源的那一物體其對(duì)于振動(dòng)的傳遞能力弱，很容易就吸收并耗散掉了振動(dòng)的能量，因此就能起到降低聲音的作用了。
5
Q
證明光速不變的實(shí)驗(yàn)有哪些？
by 匿名
A
證明光速不變的實(shí)驗(yàn)有很多，但其基本思路有兩個(gè)，一個(gè)是在同一個(gè)慣性系中比較不同方向上的光速，一個(gè)是觀察不同慣性系中的光速。從具體的實(shí)驗(yàn)操作來看可以分為兩大類，一類是專門設(shè)計(jì)的各種實(shí)驗(yàn)儀器去驗(yàn)證，一類是通過觀測(cè)天文現(xiàn)象來驗(yàn)證，比如觀測(cè)雙星系統(tǒng)的光速與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān) 。鑒于篇幅關(guān)系就不逐個(gè)介紹了，感興趣的讀者可以參考《狹義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》。在此我們簡(jiǎn)單的介紹一下著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn) 。這一實(shí)驗(yàn)最初的目的其實(shí)為了驗(yàn)證以太的存在，在狹義相對(duì)論誕生之后被認(rèn)為是光速不變?cè)砗酮M義相對(duì)性原理以及否定以太論的重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 。
其實(shí)驗(yàn)原理如圖所示：

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如果存在以太，則當(dāng)?shù)厍虼┻^以太繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí) ，在地球通過以太運(yùn)動(dòng)的方向測(cè)量的光速（當(dāng)我們對(duì)光源運(yùn)動(dòng)時(shí)）應(yīng)該大于在與運(yùn)動(dòng)垂直方向測(cè)量的光速（當(dāng)我們不對(duì)光源運(yùn)動(dòng)時(shí)）。因此當(dāng)兩束光到達(dá)觀測(cè)屏?xí)r便具有了光程差，可以形成干涉條紋。同時(shí)如果將儀器旋轉(zhuǎn)90度則能夠觀察到干涉條紋的移動(dòng) 。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻并沒有觀測(cè)到干涉條紋。因此否定了以太的存在，并證明了光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的。
6
Q
微波爐加熱食物的原理是什么？
by 華
A
微波爐加熱的其實(shí)并不是食物，而是里面的水。
回答這個(gè)問題我們需要從微波是什么開始說起。微波實(shí)際上就是頻率為 GHz，也就是每秒振動(dòng)數(shù)十億次的電磁波。我們都知道電磁波其實(shí)就是周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng) 。而水分子的是一個(gè)正負(fù)電荷中心并不重合的一個(gè)分子。在電場(chǎng)的作用下，正電荷中心被拉著往電場(chǎng)方向跑，而負(fù)電荷中心被拉著往反方向跑。如果這個(gè)電場(chǎng)是周期性變化的電?。?那么它就會(huì)拉著水分子周期性地?cái)[動(dòng) ，從而把電磁波的能量轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，也就是熱。用一個(gè)很老的歌來唱大概就是：水分子跟著電場(chǎng)，讓我們一起搖擺~

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萬(wàn)千水分子，在線給你打 call，藍(lán)色的是氫原子，黃綠色的是氧原子
當(dāng)然，我們知道微波爐的工作頻率為 2.4 GHz，這個(gè)頻率并不是隨便取的。原因并不是網(wǎng)上很多資料里面說的為了讓微波和水分子產(chǎn)生共振，事實(shí)上恰恰是為了避開共振。下面這張圖里面的藍(lán)線代表不同溫度下的水，吸收各個(gè)頻率的電磁波的能力。黑線畫出來的是 2.4 GHz所在位置，顯然并不是共振吸收，也就是吸收峰所在的位置。道理其實(shí)也很簡(jiǎn)單，如果我們選擇的是水共振吸收的頻率，也就是頻率大約為 10 GHz 的電磁波，那電磁波大部分的能量都會(huì)被表面的水吸收，從而無法穿透到食物內(nèi)部加熱里面的水。這種微波爐加熱出來的食物只能是外部火熱，內(nèi)心冰冷。

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介電常數(shù)和介電損耗隨溫度變化曲線
有心的讀者肯定發(fā)現(xiàn)了，我們平時(shí)用的 Wi-Fi，2.4 GHz 的。我們平時(shí)用的藍(lán)牙，頻率也是 2.4 GHz 的。這些其實(shí)不是巧合，大家都用這個(gè)頻率是因?yàn)?2.4 GHz 的 ISM 頻段無須申請(qǐng)?jiān)S可證。這個(gè)頻率是公開頻段，不管是民間還是政府都可以使用。而在 ISM 頻段 2.4 GHz ~ 2.5 GHz 這個(gè)波段信道有限，卻要傳遞這么多東西，難免擁堵，因?yàn)樵O(shè)計(jì)之初（1947 年確定標(biāo)準(zhǔn)）這只是給當(dāng)時(shí)還是 baby 狀態(tài)的微波加熱應(yīng)用留的，沒想到后來還起到了通信的用途，承擔(dān)了太多他不該承擔(dān)的責(zé)任。所以現(xiàn)在我們也見到越來越多的 5G 頻段工作的 Wi-Fi，就穿墻能力特別差的那個(gè)，但是信號(hào)穩(wěn)定，不容易受到干擾。
這里的 5G 是指 5 GHz 的電磁波頻率，和現(xiàn)在正在蓬勃發(fā)展的 5th Generation 的 5G，第 5 代通信技術(shù)不是一回事。
7
Q
從物理學(xué)的角度分析“斑羚飛渡”是否可能？
by 匿名
A
讓我們先回顧一下斑羚飛渡的原文。文中關(guān)于斑羚飛渡的描述是半大的斑羚先跑，老斑羚在后邊跟著，半大的跳的高，老的跳的低，當(dāng)老斑羚到達(dá)空中最高點(diǎn)時(shí)，半大的斑羚正好落在老斑羚身上，完成二次跳躍。
從物理學(xué)角度來看，半大的斑羚能夠完成二次跳躍其原理是動(dòng)量守恒，它踩在老斑羚身上再次起跳可以獲得一次加速，而代價(jià)則是老斑羚會(huì)獲得相反方向的動(dòng)量而快速下墜。在二次跳躍的過程中，僅有半大的斑羚在做功提供動(dòng)能，其肌肉做的功一部分用于自身二次加速，一部分傳遞給了老斑羚，因此這個(gè)二次跳躍其初始動(dòng)能大約只有第一次跳躍的一半，正如文章中所描述“這半大斑羚的第二次跳躍力度雖然遠(yuǎn)不如第一次，高度也只有地面跳躍的一半，但已足夠跨越剩下的最后兩米路程了。”
我們不考慮兩只斑羚能否精確地在空中對(duì)接，事實(shí)上這一過程是非常難的，其默契度不亞于雙人跳水，對(duì)于自然界中的斑羚來說，想要完成這一配合是不可能的，即現(xiàn)實(shí)中的斑羚飛渡是假的，在這里我們假設(shè)它們可以精確對(duì)接，僅從物理角度分析這一對(duì)接是否可能。
在進(jìn)行物理的分析與計(jì)算之前，我們需要把這個(gè)問題稍微簡(jiǎn)化一下，我們假設(shè)這是兩只真空中的球形斑羚，近似可以認(rèn)為是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn) 。
從物理學(xué)角度來看，斑羚飛渡這一過程是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)在做斜拋運(yùn)動(dòng)，它們的初速度不同，初速度與水平方向的夾角不同，并且有一個(gè)Δt的時(shí)間差，然后要求這兩條軌跡能夠有交點(diǎn) 。文章中給出了一個(gè)約束條件，即兩只斑羚對(duì)接時(shí)老斑羚正好處于它的最高點(diǎn) 。物體做斜拋運(yùn)動(dòng)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)意味著豎直方向上速度正好減為0 。利用這些條件我們可以建立如下的方程：

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可以看出一共有6個(gè)自由度，但是只存在3個(gè)方程，因此方程的解有無數(shù)組。當(dāng)然，這些參數(shù)并不是任意取值的，首先Δt不可能無限大，應(yīng)該是在1s以內(nèi)的一個(gè)值。除此之外，v1和v0也不可能無限大，并且v1與v0的差值也不能無限大。從數(shù)學(xué)上來看，只要對(duì)方程里的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，總可以得到解，即數(shù)學(xué)上斑羚飛渡的解是存在的，因此對(duì)于學(xué)數(shù)學(xué)的而言斑羚飛渡是可行的。對(duì)于學(xué)物理的人來說，通常并不能理解費(fèi)盡心思去證明解的存在而不進(jìn)行具體的求解，因此在此讓我們進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算來得到一個(gè)合理的物理解。
我們以跳羚為例，其奔跑速度可以達(dá)到96km/h，騰空跳躍可以達(dá)到3米。跳躍離地瞬間的速度要小于奔跑速度，我們假設(shè)跳羚是以45度角起跳最高能夠達(dá)到3米，因此可以計(jì)算出其起跳的初速度為10.8m/s，文章中說半大的斑羚二次跳躍的距離是兩米，因此我們假設(shè)半大的斑羚使出洪荒之力能夠跳出4米遠(yuǎn)，因此其跳躍初速度為6.3m/s 。我們假設(shè)它是以這一速度45度角起跳的，并假設(shè)老斑羚比它晚起跳0.5s 。利用這一組數(shù)據(jù)，可以先計(jì)算出t≈0.3s，進(jìn)一步可以計(jì)算出兩只斑羚對(duì)接時(shí)的水平位移為3.56米，而此時(shí)半大的斑羚距離地面的高度為0.44米。因此斷崖的寬度大約有5.5米，半大的斑羚確實(shí)是跳不過去的。
by Patwf

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本期答題團(tuán)隊(duì)：
物理所 Patwf、Cloudiiink
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