• 欢迎访问热点图书网

中科院物理所趣味科普三部曲(套装共3册)-azw3+epub+mobi+pdf+txt电子书下载

人文社科 热爱 读书 2年前 (2022-06-26) 1352次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

简介

在中科院物理所官方公众号的后台,活跃着超百万的物理爱好者,他们源源不断地向“物理君”提出各种五花八门的问题,这些问题有的来自生活场景中的突发之问,有的来自课堂上不会讲的“超纲”内容,往往是“爸妈不会、老师不教,不问还憋得慌”的问题。如:在台风的风眼扔一颗原子弹会怎么样?穿越回古代(比如秦朝)能发电吗?声音能灭火吗?皮卡丘发的是交流电还是直流电?……啥问题都敢接招的“物理君”每周五都会定期回答读者们的这些“灵魂之问”。 “物理君”将这些问答精华分类整理汇集起来,于是就有了《“中科院物理所趣味科普”三部曲》这套系列图书。这套书的内容有别于传统意义上的物理知识灌输,接地气、开脑洞、幽默好玩,特别是《物理君大冒险》这一册首度出现了“物理君”本君的漫画形象,并且融入了更有趣的穿越故事情节,更有代入感,使得无论成人科普爱好者还是正在学习物理课的学生,都能在书中get到探索物理的乐趣。
部分摘录:
为什么湿了的纸会更容易被撕烂?
要解答这个问题,我们先要知道造纸的大致过程。纸张主要是由纤维(基本是植物纤维,其主要成分为纤维素)和其他固体颗粒物结合而成的多孔性网状材料。纤维素分子由于具有亲水性,能和水分子形成氢键,经过脱水处理(干燥)这一步,最终纤维素分子的羟基(-OH)之间的距离小到足以产生氢键,这就是造纸的过程。也就是说,纸张的强度来源于纤维素分子之间的氢键结合力。我们把纸弄湿,相当于破坏了纤维素分子羟基之间的氢键,增加了分子间距离,纸的强度自然就变低了!
15.请问纸泡在水里晾干后为什么会变皱呢?在其他溶液中呢?
纸的主要成分是植物纤维,而纤维素分子上有大量的羟基,干燥的纸的强度主要来自羟基之间形成的复杂的氢键网络。纸之所以能够吸水也是由于羟基是一种亲水基团,纤维细胞吸收水后体积膨大的过程被称为纤维的润胀,在这个过程中羟基和水分子之间形成氢键,产生水桥,同时水分子进入纤维细胞内部,促使纤维比容(单位质量的物质所占有的容积)增大。润胀会造成两个结果:一是减弱了纤维的内聚力;二是使纤维细胞壁内各层微纤维之间产生了层间滑动,使硬挺的纤维变得柔软可塑。
如果不外加干预即让纸自然风干,纤维素分子之间由于层间滑动导致疏密不一,原有的紧密的氢键网络是无法自然恢复的,因此被水泡过的纸干了之后会变皱。其他溶液也可以产生这样的效果,这主要和溶液分子的极性有关。网上流传的将变皱的纸沾湿之后用字典压住,等其变干之后会变平整的说法是正确的,这类似于造纸过程中的打浆,即通过外加应力使纤维素分子之间更好地形成氢键连接。
16.为什么洒过饮料的地板会有黏糊糊的感觉?
这是因为大部分饮料里都含有很多糖类,这些糖类物质会增加水的黏度。饮料洒在地板上,开始水分子还比较多,糖类的浓度较小,因而不显得黏糊糊;但随着水的蒸发,糖的浓度逐渐上升,就变得黏糊糊了。
至于为什么糖溶解于水中会增加水的黏度,简单来说是因为“氢键”。液体的黏性来自液体分子之间的相互作用力,分子之间的相互作用越强,连接越紧密,液体就会越黏。由于氢键的存在,糖分子与大量其他水分子和糖分子连接在一起,从而使液体变得很黏。
不过一些人可能会问:水里也有很多氢键,为什么纯净水黏度较低?这是因为糖类分子通常较大。以饮料里常用的蔗糖为例,1个蔗糖分子含有12个碳原子、22个氢原子、11个氧原子,这些氢原子和氧原子都可能通过形成氢键的方式与水分子或其他蔗糖分子连接在一起,甚至两个分子之间会形成多个氢键,这种复杂的结构远比水分子(含有两个氢原子、一个氧原子)之间由氢键形成的基团要紧密。因此,虽然纯净水中也有很多氢键,但相对来说并没有糖水黏。
读者们可以尝试购买市面上的无糖饮料,这些饮料中使用了代糖来取代蔗糖、果糖等,因此相对来说整体的含糖量应该偏低一些,可以比较一下含糖饮料和无糖饮料洒在地板上哪个更黏。
17.保温杯保温效果的好坏与什么因素有关?
保温杯是从保温瓶发展而来的,其保温原理与保温瓶基本一致。1892年,化学家詹姆士·杜瓦制成双重玻璃容器,并将内侧玻璃壁涂上银,然后又抽掉了双重玻璃间的空气,还申请了专利,因此热水瓶也被称为杜瓦瓶。
保温杯,简单说就是能够保温的杯子,一般是由陶瓷或不锈钢加上真空保温层做成的盛水容器,顶部有盖,密封严实,真空保温层能使装在内部的水等液体延缓散热,实现保温。
热量主要以热对流、热传导、热辐射这三种方式进行传递,真空保温层中没有传递介质,因此有效抑制了热对流和热传导,同时真空层内层通过镀反热层的方法将热量反射回保温杯内部,实现保温。
上图给出了常见的两种保温杯结构,无尾真空焊接技术的实现使得真空夹层漏气的概率减小,实现了更高效率的保温。同时真空保温杯一般配有树脂杯头,以达到良好的密封效果。
通过对保温原理的分析我们可以发现,保温杯主要利用真空以及镀层对热量的反射实现保温,不考虑瓶口的密封效果,影响保温效果的关键因素即为真空层的真空度和镀层的热量反射能力,这些因素主要由保温杯制造过程中的材料工艺决定。
18.为什么用湿手摸玻璃杯杯口会发出声音?
首先,声音是由物体振动产生的声波,是通过介质(空气或固体、液体)传播并能被人或动物的听觉器官所感知的波动现象。用湿手摸玻璃杯能够发出声音,一定是某种物质发生振动,然后通过介质传导,被我们感知到了。
仔细分析发现,不是只有在湿手摸玻璃杯时才会发出声音,其实大部分时候,我们用手去摸或者去摩擦某个物体的表面时一般都能听到声音,比如纸张、桌面或者衣服等。那为什么湿手摸玻璃杯的声音会让人特别注意到呢?是因为这种声音非常特别,在玻璃杯中加入不同体积的水甚至可以作为乐器来演奏。除此之外,还有的人能够根据听到的声音直接分辨出正在摩擦的物质是什么,比如衣服的材质是尼龙还是纤维,或者判断出你是在使劲摩擦还是轻轻抚摸。
下面我们来简单分析其中原理,当我们摸或者摩擦一个物体表面时,物体表面或者手与物体接触界面的分子发生振动。从模型上讲,这是一个阻尼振动模型,如下页图所示,具体对应哪种阻尼则与实际情景有关。
阻尼振动中对应的振动频率与物质的固有频率和阻尼系数有关,振动幅度随时间指数衰减。介质将振动的相关信息(包括振幅和频率)以声音的形式传导给我们,使得我们能够根据音色(与频率相关)和响度(与振幅相关)来判断物质的种类或者感知到不同强弱的声音。
19.为什么空杯子或者花瓶放到耳边会有声音?
一句话概括,周围的白噪声在共振腔中集中放大了某些频率的声音。空杯子和耳朵之间形成了共振腔,外部的噪声通过共振腔在空气作用下集中放大了某些频率的声音(频率和共振腔的几何外形相关),相当于外部的噪声是这些声音的演奏者。因此,如果我们将外部白噪声和共振腔完全隔绝,阻止空气振动的传播,那么我们就听不到上述的声音了。尝试下站在嘈杂的大街和待在下雪天的家中,将空杯子凑在耳朵边,你就会发现后者听到的声音明显小了。这种现象的原理其实和管弦乐器的发声原理是一致的。
20.用耳朵听保温瓶的声音来判断保温效果有科学根据吗?
将保温瓶开口对着耳朵听声音在一定程度上确实可以用来判断保温效果。保温瓶简单来说就是镀有反热层的内胆、真空层和外壳的三层结构,热量主要以热对流、热传导、热辐射这三种方式进行传递,而其中的真空保温层抑制了热对流和热传导,同时镀层可将热量反射回保温瓶内部,实现保温。因此,真空层和镀层的质量好坏一定程度上反映了保温瓶保温效果的好坏。当我们把保温瓶拿到耳边听的时候,一部分外界的声波会进入保温瓶内部,并在瓶胆内被反射,且无法透过高真空的玻璃夹层,因而可以听到“嗡嗡”声。所以,好的保温瓶声波一旦进去很难再出来,用耳朵在瓶口能听到不间断的“嗡嗡”回响声。如果没有回响声,证明保温瓶内胆已经破裂,不再保温了。镀层的光亮度越高,夹层里的真空度越高,听到的“嗡嗡”声就越大,则瓶胆的质量就越好。反之,听到的“嗡嗡”声越小,则瓶胆的质量越差。
21.为什么倒水的时候有时水会沿着杯壁向下流?

作者介绍

中国科学院物理研究所(简称“中科院物理所”)成立于1928年,是以物理学基础研究与应用基础研究为主的多学科、综合性研究机构。 在国内高校及科研院所中,中科院物理所是较早“玩转科普”的。其官方微信公众号“中科院物理所”依托学科优势,向喜爱科学的广大读者推送兼具科学性、趣味性的科普文章。目前,公众号已有100多万关注量。公众号内容活泼有趣,原创内容丰富,包含问答、正经玩、线上科学日等多个栏目。 “问答”是物理所公众号的王牌专栏。在物理所从事科学研究的一批优秀专业人员通过该栏目与读者互动,用幽默通俗的语言解答读者对科学的各种疑问,自推出以来一直广受欢迎。

下载地址

下载
喜欢 (0)
发表我的评论
取消评论

表情 贴图 加粗 删除线 居中 斜体 签到

Hi,您需要填写昵称和邮箱!

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址