夏天到風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的是直流電嗎了

　　小編的城市里開(kāi)始了

　　陰雨連綿的日子

　　你注意過(guò)下雨時(shí)的閃電嗎

　　閃電為什么是彎彎曲曲的呢風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的是直流電嗎？

　　1

　　Q

　　為什么重力加速度在不同高度會(huì)不同？

By Paradide

　　A

　　重力加速度的大小等于單位質(zhì)量物體所受的重力，方向也與之相同。首先，必須了解重力是怎么來(lái)的。如圖所示（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)），地球引力對(duì)放在地表的物體做了兩件事:一件事是提供了物體跟著地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力，另一件就是提供了重力。因此向心力和重力作為引力的兩個(gè)分力，合成就是引力?？梢钥吹街亓Ψ较蛞彩桥c引力不同的。

　　也可以用另一種理解方式，在以地球表面為參考系的物體，會(huì)感受到一個(gè)慣性離心力，其方向與圖中向心力方向相反大小相等（這時(shí)就不要考慮向心力了，向心力是在不轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系看到的，現(xiàn)在是在轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系）風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的是直流電嗎；物體受到的兩個(gè)力——離心力和引力的合力就是物體感受到的重力，重力結(jié)果是和前面的理解相同的。

　　現(xiàn)在回到問(wèn)題中來(lái)。先在圖中觀察這三個(gè)力的關(guān)系:引力變大而向心力不變的話，重力會(huì)變大風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的是直流電嗎；引力不變而向心力變大的話（要注意向心力遠(yuǎn)小于引力而且?jiàn)A角是銳角），重力變小?，F(xiàn)在，引力的大小是和距離的平方成反比的，越高的地方引力會(huì)越小，這會(huì)導(dǎo)致重力變?。欢蛐牧Φ拇笮≌扔谵D(zhuǎn)動(dòng)半徑（正比于ω?2;r），越高的地方向心力越大，也導(dǎo)致重力越小。綜合兩個(gè)因素，都會(huì)導(dǎo)致重力變小，這也就得到了結(jié)論:越高的地方重力越小。

　　2

　　Q

　　能簡(jiǎn)單描述一下閃電產(chǎn)生的原因嗎？為什么閃電多是彎彎扭扭的？

By 襯酒

　　A

　　雨天經(jīng)常伴隨著閃電的發(fā)生，閃電的產(chǎn)生包含了許多物理的過(guò)程：云層和地面由于摩擦等原因帶上了相反的電荷，電荷的集聚導(dǎo)致云層和地面之間形成了強(qiáng)電場(chǎng)?？諝庥筛鞣N氣體分子構(gòu)成，其自身并不導(dǎo)電，所以一般情況下我們是看不到閃電的。但這些分子中的電子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下脫離原子核的束縛，空氣變成由電子和離子形成的組合體所以變得可以導(dǎo)電。電子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生能級(jí)之間的躍遷，這種躍遷伴隨著發(fā)光，這就是閃電。而帶電粒子形成的電流使空氣瞬間膨脹從而形成劇烈的振動(dòng)，這就是雷聲。至于閃電的形狀，由于電流沿著電阻極小的路徑傳播，而空氣中這條路徑的形狀并不規(guī)則這就造成了閃電看起來(lái)彎彎曲曲。

　　3

　　Q

　　為什么顯微鏡下看到的東西都像影子一樣，沒(méi)有立體感？與光源方向有關(guān)嗎？

By 開(kāi)心?

　　A

　　首先我們需要了解一下立體視覺(jué)的成因。我們的眼睛對(duì)物體進(jìn)行成像實(shí)際上是一個(gè)從三維到二維的投影過(guò)程，如果只能從一個(gè)方向“看”物體就不會(huì)有立體視覺(jué)了（讀者可以試試只用一只眼睛看東西）。因此要形成立體視覺(jué)至少需要兩只眼睛，并且兩只眼睛的成像區(qū)域要有重疊。這樣我們的大腦就可以利用從兩只眼睛獲取的圖像重建出立體的圖像了。

　　回到顯微鏡的問(wèn)題上來(lái)，現(xiàn)在大多數(shù)的光學(xué)顯微鏡都是單物鏡顯微鏡（很多雙目顯微鏡是通過(guò)分光實(shí)現(xiàn)的，兩只眼睛看到的圖像是一樣的），因此也只能看到?jīng)]有立體感的圖像。但是也有能夠產(chǎn)生立體感的顯微鏡，比如體視顯微鏡。體視顯微鏡是通過(guò)兩套成像系統(tǒng)從不同方向?qū)ξ矬w進(jìn)行成像，這樣兩個(gè)目鏡中看到的圖像就會(huì)有角度上的差別，從而產(chǎn)生立體感。

　　除了體視顯微鏡通過(guò)雙目視覺(jué)來(lái)產(chǎn)生立體感，也有顯微鏡通過(guò)改變照明方向或者提取相位襯度等方法來(lái)產(chǎn)生“立體感”，但是這樣的立體感并非雙目視覺(jué)產(chǎn)生的立體視覺(jué)。

　　4

　　Q

　　不透明的磨砂玻璃為什么貼上膠帶就變透明了？

By 清水

　　A

　　要明白磨砂玻璃怎么變透明的，就得先看一下磨砂為啥透光卻不透視。磨砂玻璃，也叫毛玻璃哈，其特點(diǎn)就是玻璃的一面是磨砂面，所謂磨砂面，就是表面粗糙，并不是像普通玻璃那樣表面光滑。這個(gè)很容易理解，如果身邊有磨砂玻璃的話，用手摸一下就能感覺(jué)出來(lái)這明顯的差別。也正是這“粗糙”的表面，造成了磨砂玻璃“透光卻不透視”的特點(diǎn)。

　　如果你了解反射，一定聽(tīng)過(guò)反射里面兩個(gè)相對(duì)的詞—鏡面反射與漫反射。像這樣（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）:

　　鏡面反射由于鏡面平整，反射的光束都按相同的規(guī)律。漫反射由于反射面粗糙，反射線“亂七八糟”，這些“亂七八糟”沒(méi)規(guī)律的反射線進(jìn)入眼睛，我們就看不清它反射的物體時(shí)啥了。所以鏡子都是用光滑的玻璃制作，而不會(huì)用粗糙的毛玻璃做?！巴腹獠煌敢暋钡脑硐嗨?，光線是能透過(guò)磨砂玻璃的，而在磨砂玻璃的“毛面”，由于界面不規(guī)則，折射光線“亂七八糟”，我們也就不能透過(guò)磨砂玻璃看清東西了。

　　如果想要“破壞”這種“漫”效應(yīng)，就得消除玻璃表面的粗糙。方法嘛，就是用折射率相近的“東西”來(lái)填充表面的“凹陷”使其變得光滑。石英玻璃的折射率是1.46，和水的折射率1.33比較接近，所以用水刷一下磨砂玻璃表面，也能使其變透明。正是由于這個(gè)，所以浴室裝磨砂玻璃，磨砂面都朝外開(kāi)。相同的原因，如果用膠帶粘上磨砂玻璃的“毛面”，膠帶的膠會(huì)填充好這個(gè)毛面，使其不再粗糙，也就做到了透視的效果。

　　看來(lái)用磨砂玻璃保護(hù)隱私，還是挺不靠譜的呀。

　　5

　　Q

　　一般的手機(jī)充電器的電壓是5V，也就是說(shuō)電壓到5V就能給手機(jī)充電，但是我有一個(gè)自己做的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出了5V的電，卻充不進(jìn)去，這是怎么回事？

By 德德

　　A

　　首先申明一下，這里的5V是充電器的輸出電壓，而并非輸入電壓，至于輸入的電壓，現(xiàn)在國(guó)際上用的最多的應(yīng)該是100-240V，50-60Hz的交流（AC）電，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的5V電壓肯定是無(wú)法給手機(jī)充電的。如果您的5V電壓是不經(jīng)過(guò)充電器直接往鋰電池上充的話，也是行不通的，因?yàn)閺娘L(fēng)力發(fā)電機(jī)出來(lái)的應(yīng)該是交流電，而手機(jī)電池顯然是化學(xué)電池，需要用直流電來(lái)充電。話說(shuō)回來(lái)，手機(jī)的充電器的基本工作原理到底是怎樣的呢？下面是一種充電器的簡(jiǎn)單原理圖：

　　（手機(jī)充電器簡(jiǎn)單原理圖，圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

　　根據(jù)這個(gè)原理圖，我們知道，首先，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的AC輸入，進(jìn)行半波整流（即AC→DC）和濾波操作，再經(jīng)過(guò)一系列的電路達(dá)到穩(wěn)壓效果（這個(gè)過(guò)程比較復(fù)雜，篇幅有限，不做累述），得到固定電壓的DC輸出，最后再通過(guò)變壓和濾波操作（一般可能還會(huì)加個(gè)過(guò)壓保護(hù)電路）得到最終需要的DC輸出。當(dāng)然，這只是一種簡(jiǎn)單的原理圖，不同的廠商的具體技術(shù)手段都有所差異，且市面上的充電器需要綜合考慮一系列的實(shí)際因素（如安全性、穩(wěn)定性和成本等），其電路遠(yuǎn)比這個(gè)要復(fù)雜的多，但大致原理差不多就是如此。

　　6

　　Q

　　為什么生活用到的所有柔軟線條物體極容易打結(jié)，例如耳機(jī)線等，有什么具體的解釋么？

By 陳康

　　A

　　要用物理的本質(zhì)來(lái)說(shuō)的話，熵增是這個(gè)世界的不變規(guī)律。熵是描述體系混亂程度的物理量，耳機(jī)線打結(jié)實(shí)際是耳機(jī)線體系趨于混亂的結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，這是個(gè)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果:耳機(jī)線可能纏繞的形狀有無(wú)數(shù)種，你眼中的“整齊”的形狀只不過(guò)是其中很少的一部分，絕大多數(shù)都是“混亂”的。因此如果隨意取出其中一種，大概率的可能是打結(jié)了的。耳機(jī)線被你整理好了，放進(jìn)口袋，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的顛簸以后，它可能存在的形狀就比較多了，那么拿出來(lái)的時(shí)候處于一種“混亂”形狀的可能性就遠(yuǎn)大于“整齊”的情況，因此大多數(shù)時(shí)候也就打結(jié)了。

　　7

　　Q

　　光照會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓力嗎，比如一棟樓懸懸欲墜，外界突然給它光照，一瞬間樓塌了？

By 空白

　　A

　　從現(xiàn)代物理的角度來(lái)看，力并不是一個(gè)非常本質(zhì)的概念，力的實(shí)質(zhì)是動(dòng)量在單位時(shí)間內(nèi)的改變量，或者說(shuō)是一種有動(dòng)量轉(zhuǎn)移的相互作用的表現(xiàn)形式。這一點(diǎn)在經(jīng)典力學(xué)中就有一定的體現(xiàn)：力f=dp/dt。因此要判斷一個(gè)過(guò)程中是否有力的“存在”，關(guān)鍵是要看這個(gè)過(guò)程中是否存在動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，或者說(shuō)參與相互作用的雙方是否有動(dòng)量的改變。

　　說(shuō)了這么大一堆，現(xiàn)在回到光照是否會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓力這個(gè)問(wèn)題上來(lái)。首先從量子力學(xué)的角度來(lái)看，光實(shí)際上是電磁相互作用的傳播者，名曰光子，攜帶有一定的動(dòng)量和能量。并且其動(dòng)量的大?。ㄕ婵罩校┱扔谄淠芰浚壤禂?shù)為真空中光速（p=E/c）。當(dāng)光照射到物體上時(shí)，光會(huì)被吸收或者被反射，這兩個(gè)過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致光子動(dòng)量的改變，因此被光照射的物體會(huì)受到力的作用。有人可能會(huì)問(wèn)，我天天曬太陽(yáng)，為什么沒(méi)有感覺(jué)到光的壓力？這是由于日常生活中的光產(chǎn)生的壓力實(shí)在是太小了，在能把你熱成狗的烈日下，你受到的光壓強(qiáng)也僅僅大約是大氣壓強(qiáng)的千億分之幾（整個(gè)地球受到的太陽(yáng)光光壓大約有幾萬(wàn)噸）。

　　日常生活中的光壓小主要是因?yàn)楣夤β拭芏忍×?。這里在舉個(gè)大光壓的例子:在人造光源中恐怕只有大功率激光能夠產(chǎn)生較大的光壓，但是與恒心內(nèi)部的光壓相比簡(jiǎn)直是不值一提，比如太陽(yáng)核心附近的光壓大約是一億億倍大氣壓。

　　8

　　Q

　　我們看到物體的顏色是因?yàn)殡娮釉谠硬粩嗟倪M(jìn)行遷越，然后能量以一定波長(zhǎng)的光釋放出來(lái)，導(dǎo)致我們看到一定的顏色。奇怪的是系統(tǒng)是如何維持這個(gè)平衡，以至于我們一直看都是同一種顏色。

By Kabuto

　　A

　　一般情況下我們?cè)诳紤]物體的顏色時(shí)都是在照射白光的意義下進(jìn)行討論的。單從光的電磁理論出發(fā)，物體的介電函數(shù)是電磁波頻率的函數(shù)，即物體對(duì)不同頻率的電磁波的吸收、反射以及透射的能力不同。這樣，當(dāng)給物體照射白光時(shí)，不同頻段的光的反射率不一樣，從而導(dǎo)致物體呈現(xiàn)出特定的顏色。若從微觀機(jī)理出發(fā)，討論不同物體的介電函數(shù)差異的原因的話，我們知道其最本質(zhì)的原因還是光子與電子之間的相互作用。不同物體中，電子所處的環(huán)境的差異很大（這里的環(huán)境不僅是指原子核的正電背景，還包括電子之間的相互作用），因此其能級(jí)結(jié)構(gòu)也各不一樣。這樣，若我們把電磁場(chǎng)看作量子場(chǎng)的話，則可以認(rèn)為光子與電子之間發(fā)生了各種復(fù)雜的散射過(guò)程（既有彈性散射也有非彈性散），從而最后達(dá)到一個(gè)統(tǒng)計(jì)平衡的狀態(tài)，物體呈現(xiàn)出特定的顏色。事實(shí)上，將電磁場(chǎng)作為量子場(chǎng)來(lái)進(jìn)行處理該問(wèn)題會(huì)相當(dāng)復(fù)雜（因?yàn)樯⑸溥^(guò)程實(shí)在是太復(fù)雜了），一般情況下，我們將其作為經(jīng)典場(chǎng)來(lái)考慮就夠了，利用線性響應(yīng)理論（久保公式），計(jì)算材料中的電子（尤其是價(jià)電子）對(duì)不同頻率的電場(chǎng)的響應(yīng)就能得到該材料的介電函數(shù)，我們也就知道了材料應(yīng)該呈現(xiàn)的顏色。

　　本期答題團(tuán)隊(duì)：

　　物理所 Automan-Ex、可愛(ài)的你、木公可可、螳吉呵呵、清華大學(xué) 原子

　　寫(xiě)下您的問(wèn)題，下周五同一時(shí)間哦~

　　上期也精彩

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編輯：J.C