弹簧底部为什么静止

实验

老外做过类似的实验

 
实验结果是真的,不是合成的假视频。

疑问

为什么底下的物体几乎不动呢?我们先从实验结果出发用物理定律解释。

1. 从实验结果解释

把A、B和弹簧整体作为研究对象,手松开时F=MA+MB+M

根据牛二定律F=F=MAaA+MBaB+Ma

从实验现象 aB=0aB​=0 , 那么在 aA>g  的情况下,是可以存在的,B静止是合理的。

2. 内力分析

但是总感觉反直觉。手松开的一瞬间,弹簧形变不会瞬间消失(小米汽车瞬间刹停是个例外),此时B还是合力为0,A的合力为自身重力加上B和弹簧的重力,所以加速度会大于重力加速度。在一瞬间之后的另一瞬间,A下落了一个高度,弹簧形变改变,此时弹簧的拉力小于了B和弹簧的重力了。那紧邻的下方弹簧就会略微收缩,接着向下传递。当传递到B时,B就会运动了。那么现在的问题就成了弹簧形变向下传递的速度多少?如果速度特别快,B静止的时间就会很短,现象就越不明显。必须用更慢的回放才能观察到,或者增加弹簧长度。那这个传递速度取决于什么呢?老外的实验,两端没有重物,只有弹簧。那大概可以猜出应该和弹簧的硬度和质量有关。

纵波

上面提到的弹簧形变的传播速度,本质是纵波的传播速度,现在问题归结为纵波速度问题。我们听的声音就是纵波,弹簧中纵波和声音运动学本质相同,只不过是传递介质不同而已。下面是弹簧纵波的实验。

好在前人早已研究明白了,推导过程挺复杂,感兴趣的自己去查阅,这里直接给出公式v=Yρ​​

其中 Y 是杨氏模量, ρ是弹簧密度。
这就好理解了,弹簧纵波传播速度决定于弹簧的硬度和密度。弹簧越软, Y 越小,弹簧密度越大,波速越小。这也就是为什么实验用的弹簧都是特别软的那种,实验1两端有重物,实验2弹簧更软,从而降低 v ,在波到达底部之前的一段时间下方静止, v 越小,静止的时间越长,实验效果越明显。

电路与水路

前言

还记得最早学习电路的时候,一般把电路类比成水路。电流类比为水流,电压类比水压。既然电路可以类比水路,那么电路和水路基本原理应该是近似的。然而笔者遇到一个问题,就是并联的暖气片为什么有的热有的不热呢?电路可以类比水路,反过来水路也可以类比电路,暖气片并联,相同的暖气片应该一样热才对 ,而实际结果是并联的暖气片第一个最热,越往后越凉。是类比有问题吗?问题出在哪了?

电路和水路结构分析

下图是家庭电路和暖气结构示意图。电路不用多说,大家都知道,所有用电器并联,所有用电器上的电压相同,所以无论电器插在哪个插座,都可以正常工作。 暖气也采取并联,为什么就第一个暖气片最热呢?电路无非是电子的通路,难道电子就比水特殊? 我们分析一下水路,既然第一个热,类比电路,第一个暖气片进水管和出水管两端的水压差应该大,其他的压差小。否则,同样的压力,暖气片应该同样热。后面的暖气片上的压力依次降低。于是,越靠后的暖气片越凉。为什么会这样呢?并联电路电压相同,为什么并联水路水压不同呢?首先分析静水的情况,如果暖气片内水不流动,那按压强公式,高度相同的位置水压相同。水流动起来,就有些不一样了。

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梯度、散度、旋度

0、哈密顿算子

1、梯度(Gradient)是矢量,也是法向量

2、散度(Divergence)是标量

3、旋度(Curl)是向量

  • 标量的梯度为矢量,因此对该矢量可以继续求散度,从而引入拉普拉斯算子∇2 :
  • 矢量的散度为标量,因此对该标量可以继续求梯度:

拉普拉斯算子对标量的运算结果为标量、对矢量的运算结果为矢量。

举例:

电势场的梯度是电场强度,电场强度的的散度等于q/ε,高斯定理

夜空中为什么有的星星会闪烁

因为这些星星颜色发红,越红光的波长越长,折射度越高,在传播过程中容易受宇宙气体干扰,所以看起来会闪烁,例如大角星(红巨星)、五车二(黄巨星),毕宿五(红巨星),这几颗星闪烁现象非常明显。

更正:

说反了,波长越长折射率越小,波长越短折射率越大。蓝白光更容易受大气扰动。但是肉眼可见红黄星确实闪烁的厉害一些,这另有原因。大角、五车这些属于巨星阶段,是衰老的恒星,而天狼星、织女星还是主序星阶段。我猜测可能是巨星阶段的星不稳定,本身就闪烁。造父变星周期性变化,大角这些闪烁的没有明确周期罢了。

手机频段的那些事儿

我们先从最基本的电磁波说起吧。

所谓的无线通信、移动通信,其实就是”波通信”。

你和你说话,是通过声音(声波),这是一种“无线通信”。

我和你打手势、扮鬼脸,你可以看到,其实是通过眼睛捕捉到的光线(可见光波),这也是一种“无线通信”。

我用无线电对讲机和你对话,是通过无线电波,这又是“无线通信”。

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