確定不是魔法?這些神奇的動圖會讓你愛上科學~

物理 豌豆莢 化學 科普 科學 把科學帶回家 2018-11-27

本文由公眾號 “把科學帶回家” 提供

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本文轉載自公眾號“中科研物理所”(ID:cas-iop)

科幻三大家之一的阿瑟·克拉克曾說,任何足夠先進的科技,皆與魔法無異。下面的這些動圖,如果不知道原理,初次看的時候還真像是魔法呢。

一起來看看這些奇妙的自然現象吧!

時間變慢了?

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這裡的原理是高中物理學的電磁感應楞次定律。

閉合的銅管形成了閉合迴路,磁鐵下落的過程中,閉合迴路內的磁通量發生了改變,從而產生了感應電流,感應電流產生的磁場阻礙了磁鐵的運動,所以你會看到磁鐵的下落非常緩慢。如果將銅管換成PVC的塑料管,就不會有這樣的現象啦。

低配版音樂盒?

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哈哈,這是一種簡易的小電機麼。想知道怎麼做嗎,點這裡:如何製作簡單的電動機? | 科學 DIY。

漂浮在空中的小船

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六氟化硫是兩名法國科學家於1900年合成的一種人造惰性氣體。他的相對分子質量為146,而空氣的等效相對分子質量為29,因而密度遠大於空氣,所以足以浮起一艘鋁箔做的小船。

橡皮泥張開了血盆大口

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橡皮泥裡其實摻了四氧化三鐵,四氧化三鐵具有磁性。而這這塊金屬也不是普通的金屬,而是強力的釹鐵硼磁鐵。與其說是橡皮泥吞了磁鐵,不如說是磁鐵吸引了有磁性的橡皮泥將其包裹起來。

點燃鋰

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一個簡單的化學反應,鋰(Li)和氧氣(O2)在點燃的條件下生成氧化鋰Li2O。

雪花的形成

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雪花為什麼呈六角形呢?

當大氣中的水汽十分豐富的時候,周圍的水分子不斷地向最初形成的晶片上結合,其中,雪片的六個頂角首當其衝,這樣,頂角上會出現一些突出物和枝杈。

這些枝叉增長到一定程度,又會分叉。每片雪花在整體上雖然都是六角星形的,但在細微形態上卻有很多差別。有人專門收集過不同形狀的雪花,竟發現有六千多種不同的細微形態的雪花。

黑蛇

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實驗的完整過程可以戳此鏈接:http://v.pps.tv/play_3DU75E.html。

還記得中學化學課上老師做過的“黑麵包實驗”嗎?其實原理是一樣的。首先,濃硫酸的脫水性會使得反應物脫水產生碳單質,碳單質繼續與濃硫酸反應就會產生大量的二氧化碳和二氧化硫氣體,故而使產物變成鬆軟多孔的“黑麵包”狀。

特別需要注意的是,濃硫酸非常的危險,這類實驗一定要在老師的專業指導下進行,切勿隨意模仿!

地球上一年內的冰川、植被變化

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這個其實就是四季的更替啦。由於地球公轉軌道面(黃道面)與赤道面(天赤道面)的存在“黃赤交角”,使得在一年中太陽直射點的位置在南北迴歸線間來回移動,從而就產生了四季的更迭。

蠟燭重燃

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白煙其實是氣化後又凝固的小蠟滴,點燃它之後自然就可以重新點燃蠟燭啦。

大象牙膏

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仔細看動圖一開始的畫面,在沒有倒入雙氧水和碘化鉀之前,圓筒底部是不是還有一些藍色的液體?那些藍色的液體就是洗潔精或者洗衣液之類的物質。

倒入雙氧水和碘化鉀後,雙氧水在碘化鉀的催化作用下,迅速分解成水和氧氣。大量的氧氣瞬間溢出,與洗潔精或洗衣液發生作用,產生很多很多的泡沫從從圓筒中溢出,就形成了高高的“泡沫噴泉”。

廣口瓶裡的可燃氣體

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廣口瓶內預先放有一些酒精,經過一段時間揮發後,由於酒精蒸氣的密度比空氣要大,所以裡面的空氣被擠走,充滿了酒精蒸氣。

當從瓶口點燃時,只有最上部的酒精蒸氣能夠與空氣接觸,有氧氣參與燃燒,所以火焰自上而下移動。

特別需要注意的是,本實驗具有很大的危險性,瓶內酒精蒸氣濃度控制不當時,如果點燃會發生爆炸,因此切勿在家中隨意模仿!

爆竹爆炸的慢放

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很多人在逢年過節都會燃放煙花爆竹,但很少有人知道它們內部的構造和原理。爆竹的結構其實很簡單,它就是用紙卷將火藥及氧化劑緊緊地卷在中間,底部用泥土或其它粘結劑封實,頭部用易燃藥做成引線。

當引線被點燃之後,火藥被引線引燃後燃燒,在氧化劑的助燃下,燃燒進行得十分劇烈,燃燒過程中還會釋放大量的氣體和熱量,體積相較於原來的火藥固體膨脹了數百倍甚至數千倍,由此產生的巨大壓力足以撐破紙卷,使紙卷爆裂,引起空氣劇烈動盪,產生了爆炸聲。

這個過程由於速度很快,需要的時間很短,我們用肉眼很難觀察到過程中的細節,但在高速攝影機的鏡頭下,我們便能看得清清楚楚啦。

爆炸的豌豆莢

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不用手捏,豌豆莢落到地面上也會自行裂開。很多植物都具有這樣的特性,其目的是為了更好地延續後代。

種子如果落在母樹的附近,就不能夠吸收到充足的養分,因此它們會通過爆炸的形式使得自己的種子落在遠離母樹的位置,以便更好地生長。

電荷吸引水流

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這是一個很簡單的靜電吸附現象,初中物理裡都學過,帶靜電的物體可以吸引一些輕小物體,這就是一個非常典型的實例。

瞬間結冰的水

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其實呀,這種水的學名叫做“過冷水”,它們因為水中缺少凝結核,或其它原因,在0℃以下還保持著液態。

不過,過冷水非常地不穩定,稍稍震動或者遇到凝結核就會迅速結冰。圖中將過冷水倒在冰塊上,相當於提供了凝結核,自然就迅速結冰了。

鐵棒置換硫酸銅

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這是一個簡單的中學化學反應:Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu。

由於鐵在金屬活動性順序表中排在了銅的前面,因此可以將銅從其鹽溶液中給置換出來。鐵棒上析出的就是紫紅色的銅單質。

康乃馨碎了一地

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這裡展示的是材料在一定溫度下的脆性。

液氮的溫度在-196℃以下,花朵放入液氮中,細胞裡的水分迅速結冰,在宏觀上就表現出了脆性。

其實不止是花朵、水果等含水的物體在經過液氮的洗禮後脆化,其他很多材料都具有這個性質,不過原理就不同了。

來看看中國科學院金屬研究所材料科學與工程博士 C. Hu 的深入解釋:

對於一些材料會有一個韌脆轉變溫度。比如金屬材料,當溫度低到一定的臨界溫度時,自由電子活動能力降低,材料韌性急劇下降,呈現出脆性。表現為衝擊韌性非常低。說白了就是容易碎。


熱塑性高分子材料(樹脂(塑料),橡膠)一般來講有一個玻璃化轉變溫度,高於這個溫度分子鏈容易運動,解除纏繞,材料呈現出軟,韌的特點(高彈態),低於這個溫度分子鏈運動變緩,呈現脆性(玻璃態)。 對於熱固性塑料,溫度升高材料會更加的硬,這主要是因為發生了一些分子鏈之間的反應使得分子鏈難以運動。

隔山打牛

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仔細看,當沒有放進最右側那顆鋼珠時,軌道上每一組鋼珠都是由左側的三顆鋼珠和右側的一塊強磁鐵組成的。

最右側的鋼珠放進軌道後,受到磁鐵的吸引加速,最後撞到磁鐵上時,由於動量守恆,它的動量轉移給了左側的鋼珠,左側的鋼珠運動出去後繼續收到前方磁鐵吸引加速,重複上述過程。

最終,經過三級加速,最左側的鋼珠出射時具有很大的動量,因而可以將易拉罐撞翻。

時間驟停

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這其實是“聲懸浮”,也就是利用聲波產生的懸浮現象。

原理解析如下:

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聲波是介質中壓強週期性振動的傳播。當介質振動較弱時,聲波可近似看成簡諧波,而簡諧波聲壓的時間平均值是零,所以無法對聲場中的物體提供持續且有特定方向的壓力。但在高聲強條件下。聲波會表現出不同於簡諧波的非線性效應,並且可以對聲場中的物體提供長時間尺度下特定方向的壓力,稱為聲輻射力。


在這個聲懸浮裝置中,發射源和反射器間的聲壓會形成駐波。聲壓的波節處正好是聲輻射力的平衡位置,當水滴偏離波節時會受到指向波節的回覆力,因此作用在水滴上的聲輻射力能夠克服水滴的重力將其固定在波節 (偏下) 的位置上。

超導磁懸浮

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在這裡我們展示的就是超導材料的完全抗磁性~

某些材料在溫度降低到某一特定溫度的時候,其電阻突然消失為零(零電阻)且外部磁場被排出體外(完全抗磁性),同時具備這兩種特性的材料稱為超導體。

有了這種材料,電路中電流消耗的焦耳熱量為零(用初中物理的語言,這叫做額外功為零),這極大地提高了電流利用效率。而強大的抗磁特性則可以用於超導磁懸浮,利用此技術的列車比高鐵還要高速安全穩定得多。

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