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费米门下老薛
费米门下老薛
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博文
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化石

徒步旅行

教育

分类: 好玩的科学
今天又带着小朋友去旁边的峡谷探幽。上一次只找到了许多很小的化石,而这一次我把注意力放在了寻找大化石上。于是,有如下的收获。

下图是一块石灰岩里的几块牡蛎化石,它们可比上一次找到的毫米量级的海螺等等要大得多了。本来牡蛎的壳就像石头一样,所以石化了以后与石化以前没有什么差别。我想牡蛎壳虽然也是碳酸钙,但是比周围参杂了陶土等杂物的石灰岩要坚硬一些。所以在风化作用下,周围的石头都消磨掉了,而牡蛎壳就暴露了出来。

下图是一块单独被水冲刷出来的牡蛎化石。大家可以看到贝壳边缘的齿纹。不知道这是属于哪一种牡蛎。
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力学

经典

离心力

道理

向心力

教育

分类: 好玩的科学

IYPT(国际青年物理学家竞赛)是个有趣的赛事,每年的题目都是精彩纷呈。2012年度的题目中有一道是这样的。把一条长链子放在杯中,如果用手拉动链子的一端,使得它开始下落,则由于类似于“虹吸”的原理,整个杯中的链条都会被拖出来。让人意想不到地是,杯中的链条会从杯子中“跳起来”,然后再下落,如下视频所示。

 

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微波炉泄露

探测

分类: 好玩的科学
记得看过一个关于微波炉安全性的文章,其中访问了美国某一著名大学的物理系教授,教授说不可能有微波从微波炉里泄露出来的,因为微波炉是一个只有一面开口 的铁盒子,而且在开口的那一面(即微波炉的门)装有金属网,网眼远远小于微波炉里电磁波的波长(~12cm),根据电磁波理论,电磁波无法穿过直径比波长 小的金属孔。但是也许是因为理论中假设的金属是没有电阻的导体,而实际金属并非这么优良的导体;而且微波炉产生的微波功率巨大(数百瓦量级),所以总有一些泄露出来。

最近看到一篇文章(The Physics Teacher, Vol. 49, P. 514),讲如何制作一个简易的微波接收器来探测这些泄露的电磁波。装置非常简单但是可以体现很多物理含义,于是我也做了一个(如下图)。



接收装置是一个简单的偶极天线。偶极天线的中间有一个高频二极管(1n4148)起到整流作
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杂谈

分类: 好玩的科学
几天前看金星凌日时,我在想,南北半球的人看到的金星穿越太阳的方向是不一样的。然后我觉得南半球的人看到的月亮相比北半球应该是旋转了一个角度的。找来了万能的免费天文软件Stellarium模拟了一下美国西南部看到的月亮和智利某个城市看到的月亮,它们果然是旋转了的。

北半球的月亮:


南半球的月亮:


当然这并非很神奇的现象。而只是各个地方的人定义的坐标旋转了。但是忽然意识到这一点也是很有趣的。不然到了南半球看到月亮和北半球的不一样,还以为是人造的
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激光笔

单向性

教育

分类: 好玩的科学

[激光有危险,购买请谨慎:

Class III a 激光,功率不超过5mW,直视2分钟以上可以导致严重的眼睛损伤。一般激光笔属于这个范围。我用的也是这种。

Class III b 激光,功率在5mW到300mW之间,射入眼睛小于等于1/100秒即可造成严重的眼睛损伤。]

 

小时候曾在晴朗的夏夜把手电筒指向月亮,然后想这束光是否能在月球上看见。手电筒不是那么有希望,因为即使照到几米开外,它就散得很开,变得比较暗淡了,怎么能到达遥远的月球呢?

 

后来知道,科研人员用激光做过这样的事。经过40万公里之后,这束神奇的光在月球表面的直径仅仅只有2公里。

 

为什么激光具有这么好的单向性呢?对于科研用的激光器和我们日常见到的激光笔,它们单向性的起因不一样。我们这里只说激光笔。

 

每只激光笔里面都有一只激光二极管,很小很小。实际上它发出的光并不具有很好的单向性,而是和一个手电筒一样,散的很开!怎么证明这一点?首先买一只功率5mW以下的激光笔。如下图。

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杂谈

分类: 好玩的科学
磁悬浮陀螺是个好东西(见下图),淘宝上到处都是,物美价廉。经过一番不懈的尝试,有很多人能够亲眼看到一个旋转的陀螺在空中飘荡,神仙的生活大概如此。然而,悬浮陀螺虽然很多朋友都玩过,用中文却搜不到关于它为什么能漂浮在空中的正确解释。





 
 观点一:有人说,两块磁铁异性相吸,同性相斥,自然就能悬浮起来了。这显然是不对的。要不然,我们费那个劲去旋转它干嘛?
观点二:有人说,不旋转的话不能稳定的飘在空中。但是正如一个旋转的陀螺不会倒一样,旋转的磁陀螺就能够稳定地飘在大磁铁上空了。物理学家说,陀螺这种不会倒的性质是由于角动量守恒。

嗯,这个说法似乎有点道理。但是让我们仔细推敲一下为什么它也不对。

要理解第二种说法的错误,还得从第一种说法的错误开始。有一个神奇的定
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杂谈

分类: 好玩的科学
大家可能注意到,所有DIY的磁悬浮底座都是中间有圆孔的环形磁铁,而不是一个实心的圆饼磁铁。而磁悬浮陀螺所用的很多都是实心的大磁铁块。

实际上,两块实心的磁铁同性靠近时,我们不仅感受到斥力,也感受到“扭力”,即磁铁试图翻转变成异性而相吸引。这一点是自动麻将机能够实现把所有麻将牌翻转成正确朝向的原因。但是当一块实心小磁铁靠近一块环形大磁铁时,却能只感受到斥力,而不感受到“扭力”。这样就为DIY磁悬浮减少了很多麻烦,我们只需要控制磁铁不往旁边溜走就行了,而不需要担心磁铁会翻转。为了理解这一点,我们可以用一个叫做Vizimag的软件(30天免费!)来画出磁场分布,求出磁铁受的斥力和扭力来。

下图是一块小磁铁靠近一块实心的圆饼大磁铁时的磁场分布(截面)。带箭头的线是磁力线。我们也可以在软件里测量小磁铁所受的力。因为是小磁铁的南极对着大磁铁的南极,小磁铁受到斥力(竖直方向上的合力为0.143牛顿,向上)。同时因为小磁铁两端所受的力形成力矩,使得小磁铁有很强的顺时针旋转的趋势(旋转趋向于异性相吸)。
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磁悬浮

电路分析

分类: 好玩的科学
早几次的博文中曾介绍过一个用反馈电路将钕铁硼磁铁悬浮在空中的实验。当时是照搬动力哥博客上的电路图。开始理解得不是很深入,后来自己对着这个电路东敲西打,做了各种改动的尝试(其间烧毁三极管一个,烫伤手指一根),发现如下的简化版电路也可以工作(但是悬浮的时间比原来的那个电路要短):

电路只使用了一级放大,放大倍数约为1000。第二个运放起到一个转换输入输出电阻的作用。连接在三极管基极和发射极的电容我发现有至关重要的作用。如果没有它,磁铁大于几个赫兹的小振动会被放大,很快就不稳定
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杂谈

四:波士顿

在尼亚加拉大瀑布城住了一晚,第二天清晨六点钟我们就准备出发了。我们要在11点半之前开车到伊萨卡附近的一个中心城市Syracuse,然后从那里转乘将近十个小时的火车前往波士顿。Syracuse有一个美丽的中文名字,雪城。

顺着横贯美洲大陆东西海岸的90号高速公路,我们全速奔驰,终于在10点半赶到了雪城火车站。雪城虽然是纽约州中部的一个中心城市,但按照我们国家的规模,还是一个很小的城镇。小小的火车站

  

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