44个精彩的物理趣题 (转自MATRIX67)

Shirley was saying...

44个精彩的物理趣题 (转自MATRIX67)

 

 这个 Blog 几乎一直在讲数学趣题,却很少提到物理趣题。其实,我个人觉得,物理也是相当好玩的(我是化学不好才选的文科)。隐约记得初中搞物理竞赛时,曾见过大量让人大呼过瘾的好题。前几天看到了一个绝好的网站,里面有相当多的物理题目,让我激动了好一阵子。我搜集整理了里面的一些好题,加上了我自己的一些补充,在这里和大家分享。不过,由于我的物理实在不怎么样,如果出现什么错误,请大家及时纠正。

    那个网站上的“官方解答”并不见得靠谱,也不知是因为我没有悟到,还是因为它真的不靠谱。不管怎样,我给出的基本上还是它的官方答案。其实,阅读过程中你会发现,答案是次要的,真正有趣的其实是问题本身。

    几乎从没写过物理题目的 Blog ,想要用一篇文章总结物理趣题,因此毫无疑问——这是一篇非常,非常,非常长的文章。建议大家用自己喜欢的方式做个书签,一天看一点。如果觉得还不过瘾,推荐订阅物理大牛 EagleFantasy 的 Blog

    另外,此日志一出,想必又会收到无数邮件,询问我作图用的什么工具的。在此就先回答了——请见 FAQ 。

    开始吧。

 

 
    有一块 V 字形木板,两侧与地面的夹角都是 θ 。一根密度均匀的绳子放在木板上,绳子与木板之间的摩擦系数为 1 。整个系统左右对称。没挨着木板的那段绳子所占的比例最大是多少?此时 θ 是多少度?

    

    用一些非常初等的方法可以得到,答案是 (√2 – 1)2 ≈ 0.172 ,此时 θ = 22.5° 。具体解答可以见 http://star.tau.ac.il/QUIZ/05/sol_rope.pdf 。

 
 
    一个长、宽、高分别为 a 、 b 、 c 的长方体物块,斜靠在一个墙角。由于墙壁和地面都是完全光滑的,因此物块将会开始下滑。什么时候,物块会脱离墙壁?

    

    为了解决这个问题,首先需要把物块和地面的夹角记作 θ ,物块下滑过程中的各种物理量都可以用 θ 来表示。然后,解决这个问题的关键就在于,当物块脱离墙壁时,物块向右的加速度就消失了,这个临界点就由等量关系 dvx / dθ = 0 给出。不过,由此产生的方程非常复杂,我们只能用数值的方式去解它。

 
 
    有一个半圆柱体横放在水平桌面上,截面的半径为 R 。我们在半圆柱体上放一块木板,试图让它在半圆上保持平衡。假如这块木板非常薄,那么这块木板很容易放稳,即使有些小动静,木板也会自动恢复平衡。但考虑 另外一个极端,假如这是一块非常厚非常厚的木板(甚至是大楼一般的形状),它显然不能稳放在这个半圆上。那么,这中间一定会有一个临界点。这个临界点在哪 里?换句话说,这个半圆上最多能放稳一块多厚的木板?

    

    把半圆的半径记作 R ,把木板的厚度记作 t 。如果把木板平放在半圆上,其重心的高度就是 R + t/2 。假如这块木板倾斜了一个微小的角度 θ ,那么图中 M’T 的长度等于弧 MT 的长度,即 2πR·(θ/2π) = R·θ 。此时,木板的重心 G’ 的高度变为了 (t/2)cosθ + (R·θ)sinθ + R·cosθ。为了让木板保持平衡,不会自动往下滑,我们需要让新的重心高度大于原来的重心高度,即 (t/2)cosθ + (R·θ)sinθ + R·cosθ > R + t/2。解出不等式,再令 θ→0 ,即可得到 t < 2R。也就是说,一旦木板的厚度超过半圆的直径,木板就无法放稳了。

 
 
    假如你面向东边,站在冰面上,鞋底与冰面完全没有摩擦。你能否做出一系列动作,使得自己最后能面向西边站立?

    

    可以。只需要重复“伸臂-挥臂-屈臂”的动作,你的身体便会向反方向转动一点。期待实验党。

 
 
    用过多年的插座(尤其是插过大功率电器的插座),右边的孔(火线)往往会有过热的迹象。如果是劣质插座,加上经常插拔插头的话,右边的孔甚至会有烧黑了的痕迹。明明是通过相同大小的电流,为什么右边的孔会被烧得更厉害呢?

    目前,这个问题没有一个所谓的标准答案。当然,这个现象本身是否存在也是存疑的。大家不妨来说说自己家里插座的情况。

 
 
    呼拉圈是怎么转起来的?人应该做一个什么样的运动?呼拉圈的转动频率是由什么决定的?和人的体形、运动速度、运动方式有关系吗?是否存在一个最优的频率?⋯⋯

    我有几件事情死活搞不明白,吹泡泡是怎么吹出来的,小舌颤音是怎么发出来的,骑车不动把手是怎么实现拐弯的⋯⋯当然,还有呼拉圈是怎么转起来的。和呼拉圈有关的问题似乎永远也列举不完。如果你真的把它当成一回事仔细分析,你会发现这不是一般的困难。
    2004 年, Biological Cybernetics 上发表了一篇长达 15 页的论文,论文题目是 Coordination Modes in the Multi-Segmental Dynamics of Hula-Hooping 。这篇论文终于不负众望,成功地摘得了诺贝尔奖——当然,是搞笑版的。

View original post 713 more words

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s