一組超炫酷的物理動圖,，看完秒變學(xué)霸

機(jī)極級技

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

光的慢動作
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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)走過的距離約為 3 毫米）。上圖就是通過這種攝像機(jī)拍攝的激光脈沖被鏡面反射的過程,，整個過程實(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：對一般人不構(gòu)成安全威脅，同時也是生活中完全沒有機(jī)會觀察到的現(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,。

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花絮：這種低熔點(diǎn)特性還有一個用途,，那就是做溫度計。由于傳統(tǒng)水銀溫度計的水銀有毒,，打破可能帶來風(fēng)險,，有些國家已經(jīng)禁用了醫(yī)用水銀溫度計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,，這種溫度計的內(nèi)表面不是干凈的玻璃，而是鍍了一層很薄的鎵氧化物,。

危險：低,。鎵單質(zhì)一般認(rèn)為是無毒的，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,，鎵對很多金屬都有極強(qiáng)的腐蝕性。此外,，請勿用它來搞惡作劇,，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。

聲波懸浮
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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)可對聲場中的物體產(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)了對物體的三維移動。

花絮：在原視頻中,，來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！聲懸浮還有更多應(yīng)用場合,，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冷的液體，并更好地控制晶體形成的過程,。

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

“危險”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,，單擺是演示動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中機(jī)械能守恒最簡易的裝置。

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，擺錘始終不會打到臉上,。

危險：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),，以至于吸滿水時的折射率已經(jīng)和純水沒有多大差別,，因此當(dāng)浸入水中時，它們自然就與背景融為一體了,。

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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：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,，就不會有什么危險,。

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)行的一個經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)：在一輛時速60英里的卡車上向正后方以時速60英里發(fā)射一顆“炮彈”,。在運(yùn)動參考系的速度遠(yuǎn)低于光速的情況下，速度的合成按照伽利略變換,，即對地速度 = 對車速度 + 車速,，因此若車速和炮彈的出膛速度相反，炮彈君便會被無辜地遺棄在原地,。

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

危險：中低,。炮彈比較難找。

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錫疫

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原理：你有沒有聽過一個“錫紐扣在嚴(yán)寒中變成粉末”的故事,？這張動圖呈現(xiàn)的就是這個過程,。隨著溫度的降低，銀白色的金屬錫會逐漸轉(zhuǎn)化成另外一種同素異形體——不具有金屬特性的灰錫粉末,。這個過程也被叫做“錫疫”,。

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花絮：在錫中加入銻或鉍可以抑制灰錫的產(chǎn)生。

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危險：很低,。(不過,，把錫器凍成粉末還是挺浪費(fèi)的……)

* z$ Y: I" }0 P  h, P8 {! W+ _% P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,，磁感線切割導(dǎo)體,，在銅管中生成感生電流,；這個電流反過來產(chǎn)生磁場作用在磁鐵上，產(chǎn)生斥力阻礙它下落,。

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

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：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——它可能會把鐵器吸過來，弄傷你的手指,。

電磁學(xué)篇：銅線轉(zhuǎn)圈圈

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原理：只用一個電池,，一片磁鐵，一根導(dǎo)線,，你就能做出一個簡易的馬達(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)熱會很嚴(yán)重）

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

　　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：強(qiáng)磁鐵是危險物品，如果你手里拿著這貨然后它把附近什么東西吸過來了（比如另一個磁鐵）,，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帶來危險,，不要給太小的孩子玩,。

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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,。

. p8 H- j+ u2 a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,，對于交流電屬于高頻,，但對于無線電波屬于低頻，所以電磁輻射少），然后交變電流通過線圈建立交變磁場,，交變的磁場感應(yīng)出渦旋的電場,，此時將導(dǎo)體放在線圈上的話就會形成渦電流，渦電流流過導(dǎo)體時因電阻產(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,。

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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）,。

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)著方向磁化的過程,，那個過程是會放熱的）來產(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)該體會過阻抗匹配,，即外電路電阻和電源內(nèi)阻相等時輸出功率才最大，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)計的，如果要加熱銅鋁的話需要設(shè)計不同的工作頻率,。實(shí)驗(yàn)室中使用的感應(yīng)電爐就有更多頻率可供選擇,。

危險：低。與普通爐灶相比,，電磁爐造成燙傷的風(fēng)險更小,。電磁爐的輻射不會危害健康，不過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上使用,。

; m$ E% z; c+ D. ]7 z8 K% c" s水之橋
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原理：兩個裝滿去離子水的燒杯彼此接觸,，如果此時給它們之間加上數(shù)千伏的電勢差，那么即使把兩個燒杯拉開幾厘米距離，二者之間也依然會有一條“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)定性會變差很多。

危險：中高,。請勿在家中玩耍高壓電君……

1 z8 j+ ]8 A% K- ]5 M  d. _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,，但溶液中離子會嚴(yán)重影響效果,。所以請盡量不要用較硬的自來水或者礦泉水做這個實(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。

危險：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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過冷水冰沙

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原理：結(jié)晶過程需要一些凝結(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,，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),，形成過冷水,，而當(dāng)過冷水受到擾動、凝結(jié)核引入之后,，結(jié)晶就會迅速發(fā)生,。

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

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危險：很低,。居家物理實(shí)驗(yàn)好選擇，記得要用純凈水,。