一組超炫酷的物理動(dòng)圖，看完秒變學(xué)霸

機(jī)極級(jí)技

有的情景乍一看像是在拍電影,，實(shí)際上只是你可能沒(méi)想到的物理現(xiàn)象,。不信就往下看。

9 E7 J& V' S3 ]光的慢動(dòng)作
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原理：2014年12月4日的《自然》以封面文章刊登了目前世界上最快的只接收（receive-only）2D 超高速攝像機(jī),，它的拍攝幀數(shù)達(dá)到了1000 億幀/秒,，即10皮秒1幀（作為參考，真空中的光在 10 皮秒內(nèi)走過(guò)的距離約為 3 毫米）,。上圖就是通過(guò)這種攝像機(jī)拍攝的激光脈沖被鏡面反射的過(guò)程,，整個(gè)過(guò)程實(shí)際只經(jīng)歷了 300 皮秒。 為了顯示光的軌跡,，研究者利用干冰制造了白霧,，我們觀察到的實(shí)際是散射光。

危險(xiǎn)：對(duì)一般人不構(gòu)成安全威脅,，同時(shí)也是生活中完全沒(méi)有機(jī)會(huì)觀察到的現(xiàn)象……能夠追上光速的攝像技術(shù)將再次推進(jìn)基礎(chǔ)物理學(xué)的研究發(fā)展,。

化勺水
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原理：網(wǎng)上一些傳言會(huì)宣稱這是神奇的熱水，能融化勺子卻不傷手……那么為啥這杯水沒(méi)有蒸汽騰騰呢,？其實(shí)水是普通的水,，做手腳的是勺子。鎵單質(zhì)熔點(diǎn)只有29.76攝氏度,，放在手心都可以融化,，離開手之后又能重新凝固。但不推薦赤手接觸,，原因見下,。

花絮：這種低熔點(diǎn)特性還有一個(gè)用途，那就是做溫度計(jì),。由于傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)的水銀有毒,，打破可能帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，有些國(guó)家已經(jīng)禁用了醫(yī)用水銀溫度計(jì)而用一種鎵銦錫合金代替，它的熔點(diǎn)約-19攝氏度,。

但是鎵和水銀不同,，鎵能浸潤(rùn)皮膚和玻璃，難以清洗干凈,，留下灰色的污漬斑,。為了防止浸潤(rùn)，這種溫度計(jì)的內(nèi)表面不是干凈的玻璃,，而是鍍了一層很薄的鎵氧化物,。

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危險(xiǎn)：低。鎵單質(zhì)一般認(rèn)為是無(wú)毒的,，但是有些研究認(rèn)為皮膚接觸可能導(dǎo)致皮膚炎,。勿讓鎵接觸金屬物品，鎵對(duì)很多金屬都有極強(qiáng)的腐蝕性,。此外,，請(qǐng)勿用它來(lái)搞惡作劇，因?yàn)椴恢�情者把勺子丟進(jìn)茶杯后可能一仰頭把鎵喝進(jìn)肚子里,。

4 {% [: W' i& @9 W聲波懸浮

原理：聲音具有能量,，高聲強(qiáng)的聲波具有非線性效應(yīng)，這一效應(yīng)可對(duì)聲場(chǎng)中的物體產(chǎn)生壓差,，將輕小物體懸浮在聲波駐波的波節(jié)附近,。上圖中的這次實(shí)驗(yàn)在上下左右都設(shè)置了超聲波相控陣列，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體的三維移動(dòng),。

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花絮：在原視頻中,，來(lái)自日本的研究者們還用這種裝置懸浮了釘子君、螺母君,、火柴君,、電阻君、二極管君和肥皂泡君……夠啦快放人家下來(lái),！聲懸浮還有更多應(yīng)用場(chǎng)合,，例如利用它可以使液滴脫離容器的影響，由此便可以制備深度過(guò)冷的液體,，并更好地控制晶體形成的過(guò)程,。

危險(xiǎn)：較低。不過(guò),，假如硬要造出聲場(chǎng)極強(qiáng)的設(shè)備來(lái)懸浮人類,，則有可能造成人體爆炸或嚴(yán)重的內(nèi)出血……

“危險(xiǎn)”的擺

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原理：擺是高中力學(xué)中出鏡次數(shù)最多的裝置之一，單擺是演示動(dòng)能和勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中機(jī)械能守恒最簡(jiǎn)易的裝置,。

花絮：上圖中就是瓦爾特·列文（Walter Lewin）教授公開課上經(jīng)典的一幕：放手之后,，擺錘可以擺回到非常接近他的地方，但由于機(jī)械能守恒，擺錘始終不會(huì)打到臉上,。

危險(xiǎn)：中等,，小心線斷掉

隱形球


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原理：讓球隱身的關(guān)鍵在于相似的折射率。這里的小球是高吸水性材料,，它們的吸水性實(shí)在太強(qiáng),，以至于吸滿水時(shí)的折射率已經(jīng)和純水沒(méi)有多大差別，因此當(dāng)浸入水中時(shí),，它們自然就與背景融為一體了,。

花絮：事實(shí)上，只要調(diào)配一種折射率合適的液體,，用同樣的方法也可以讓玻璃棒消失不見,。植物油+嬰兒油就是一種可行的方案,。

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危險(xiǎn)：很低,。這些高吸水性材料廣泛地應(yīng)用在生活用品中，只要避免誤食,、誤吸,，就不會(huì)有什么危險(xiǎn)。

神奇的小球

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原理：卡車上射出的炮彈到底是運(yùn)動(dòng)還是靜止的,？這取決于你選擇的參考系,。這是《流言終結(jié)者》節(jié)目中進(jìn)行的一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)：在一輛時(shí)速60英里的卡車上向正后方以時(shí)速60英里發(fā)射一顆“炮彈”。在運(yùn)動(dòng)參考系的速度遠(yuǎn)低于光速的情況下,，速度的合成按照伽利略變換,，即對(duì)地速度 = 對(duì)車速度 + 車速，因此若車速和炮彈的出膛速度相反,，炮彈君便會(huì)被無(wú)辜地遺棄在原地,。

花絮：在地面參考系看來(lái)，開炮后炮彈的動(dòng)能反而減少了,，這是因?yàn)榛鹚幈�炸的能量提供給車加速了,。

危險(xiǎn)：中低。炮彈比較難找,。

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錫疫

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原理：你有沒(méi)有聽過(guò)一個(gè)“錫紐扣在嚴(yán)寒中變成粉末”的故事,？這張動(dòng)圖呈現(xiàn)的就是這個(gè)過(guò)程。隨著溫度的降低,，銀白色的金屬錫會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化成另外一種同素異形體——不具有金屬特性的灰錫粉末,。這個(gè)過(guò)程也被叫做“錫疫”。

花絮：在錫中加入銻或鉍可以抑制灰錫的產(chǎn)生,。

危險(xiǎn)：很低,。(不過(guò)，把錫器凍成粉末還是挺浪費(fèi)的……)

# ~1 e4 Q: f0 K羽落術(shù)
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原理：這里使用了一塊釹磁鐵和一只粗銅管。當(dāng)磁鐵從銅管中落下時(shí),，磁感線切割導(dǎo)體,，在銅管中生成感生電流；這個(gè)電流反過(guò)來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)作用在磁鐵上,，產(chǎn)生斥力阻礙它下落,。

管子必須導(dǎo)電性良好，但不能是鐵管,。鐵自身的鐵磁性會(huì)干擾這一現(xiàn)象,。

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花絮：還記得高中的楞次定律講的“感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因”嗎？這就是了,。

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危險(xiǎn)：很低……但是為了較好效果,，銅管和磁鐵都需要很大很重，不要砸到腳,。另外釹磁鐵是非常強(qiáng)力的磁鐵,，不要讓它靠近電子產(chǎn)品，也不要靠近鐵制品——它可能會(huì)把鐵器吸過(guò)來(lái),，弄傷你的手指,。

電磁學(xué)篇：銅線轉(zhuǎn)圈圈

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原理：只用一個(gè)電池，一片磁鐵,，一根導(dǎo)線,，你就能做出一個(gè)簡(jiǎn)易的馬達(dá)哦~（我建議最好再加上電阻片或用電阻絲，否則是接近短路的情況,，發(fā)熱會(huì)很嚴(yán)重）

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這轉(zhuǎn)圈圈的簡(jiǎn)易馬達(dá)原理如下圖,，載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力，形成力矩使線框轉(zhuǎn)起來(lái),。

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　　花絮：發(fā)揮創(chuàng)意,，我們也可以把它做成手工藝品。

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危險(xiǎn)：強(qiáng)磁鐵是危險(xiǎn)物品,，如果你手里拿著這貨然后它把附近什么東西吸過(guò)來(lái)了（比如另一個(gè)磁鐵）,，那效果就跟一錘砸在手上一樣。另外,，小磁珠吞下肚子或吸入也會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn),，不要給太小的孩子玩。

土豪的游戲：強(qiáng)磁鐵夾壞Apple Watch,，你肯定不希望夾在中間的是自己的手吧,。

; [5 F9 H2 [, R( K: w/ t6 E半鍋煎蛋

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原理：電磁爐的工作原理并不是讓自己升溫，而且利用電磁感應(yīng)加熱,。電磁爐首先將市電轉(zhuǎn)化為高頻交流電（20~40 kHz,，對(duì)于交流電屬于高頻,，但對(duì)于無(wú)線電波屬于低頻，所以電磁輻射少）,，然后交變電流通過(guò)線圈建立交變磁場(chǎng),，交變的磁場(chǎng)感應(yīng)出渦旋的電場(chǎng)，此時(shí)將導(dǎo)體放在線圈上的話就會(huì)形成渦電流,，渦電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)因電阻產(chǎn)生焦耳熱,。所以，直接把雞蛋打在電磁爐上是熟不了的,，陶瓷或玻璃鍋也不能被加熱,。

花絮：原理上，電磁爐可以加熱所有導(dǎo)體鍋,，但市面上的電磁爐僅適用于加熱鐵鍋（以及不銹鋼等具有鐵磁性的鍋）,。

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鐵鍋的特點(diǎn)是導(dǎo)磁性強(qiáng)，漏磁少,，并且除了渦電流之外還有磁滯損耗效應(yīng)（即上一張圖中提到的轉(zhuǎn)著方向磁化的過(guò)程,，那個(gè)過(guò)程是會(huì)放熱的）來(lái)產(chǎn)熱，因此使用鐵鍋有更高的加熱效率,。

而銅或鋁不行的原因是電阻太小了（高中學(xué)理科的童鞋應(yīng)該體會(huì)過(guò)阻抗匹配,，即外電路電阻和電源內(nèi)阻相等時(shí)輸出功率才最大,，太大或太小都不行）,。

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銅鋁的趨膚效應(yīng)（交變電流喜歡貼在導(dǎo)體表面流動(dòng)的現(xiàn)象）比鐵弱，意味著渦電流在鍋底流通的厚度更寬,，所以阻抗更小,，加熱效率更低。市面上的電磁爐都是為鐵鍋設(shè)計(jì)的,，如果要加熱銅鋁的話需要設(shè)計(jì)不同的工作頻率,。實(shí)驗(yàn)室中使用的感應(yīng)電爐就有更多頻率可供選擇。

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危險(xiǎn)：低,。與普通爐灶相比,，電磁爐造成燙傷的風(fēng)險(xiǎn)更小。電磁爐的輻射不會(huì)危害健康,，不過(guò)它有可能干擾心臟起搏器,。電磁爐應(yīng)遠(yuǎn)離收音機(jī)、電視機(jī),、手表,、磁帶、鐵質(zhì)的餐具等,，安全起見也不要放在任何金屬平臺(tái)上使用,。

水之橋

原理：兩個(gè)裝滿去離子水的燒杯彼此接觸,，如果此時(shí)給它們之間加上數(shù)千伏的電勢(shì)差，那么即使把兩個(gè)燒杯拉開幾厘米距離,，二者之間也依然會(huì)有一條“水橋”相連,。這一現(xiàn)象的具體原理還有待進(jìn)一步研究，目前普遍認(rèn)為它是和表層液體發(fā)生極化有關(guān),。

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花絮：這個(gè)不也是電解水的實(shí)驗(yàn)裝置嗎,？不是的哦，電解水的實(shí)驗(yàn)通常需要加入離子增強(qiáng)導(dǎo)電性,，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)則要求水非常純凈,。如果水中溶入了離子，“水橋”的穩(wěn)定性會(huì)變差很多,。

危險(xiǎn)：中高,。請(qǐng)勿在家中玩耍高壓電君……

豐饒之杯
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原理：聚丙烯酸鈉是高吸水性高分子的一種，能夠和大量水分子形成相對(duì)穩(wěn)定的氫鍵從而實(shí)現(xiàn)吸水效果,，在蒸餾水里可以吸收500倍自重的水分子,，但溶液中離子會(huì)嚴(yán)重影響效果。所以請(qǐng)盡量不要用較硬的自來(lái)水或者礦泉水做這個(gè)實(shí)驗(yàn),。

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花絮：由于它的吸水性極強(qiáng),，很多尿不濕的成分里有它。此外它還是很多人造雪的原料,。

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危險(xiǎn)：很低,，別吃下去就好。大部分物理實(shí)驗(yàn)還是比化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全的,。

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過(guò)冷水冰沙

原理：結(jié)晶過(guò)程需要一些凝結(jié)核的引發(fā),。當(dāng)純凈的水放在光滑潔凈的容器中冷凍時(shí)，由于凝結(jié)核的缺乏,，可以在低于凝固點(diǎn)之后依然保持液態(tài),，形成過(guò)冷水，而當(dāng)過(guò)冷水受到擾動(dòng),、凝結(jié)核引入之后,，結(jié)晶就會(huì)迅速發(fā)生。

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花絮：事實(shí)上,，人工降雨的關(guān)鍵就是往“過(guò)冷云”里加點(diǎn)凝結(jié)核,。

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危險(xiǎn)：很低。居家物理實(shí)驗(yàn)好選擇,，記得要用純凈水,。