為什么卡車爬坡時速度較慢拉力更大,？

by 余必緯

內(nèi)燃機通過燃燒燃料可以將熱能轉(zhuǎn)換為機械能,，燃燒燃料獲得的能量的速率有一定限度，自然而然,，其對外輸出機械能也有一定的速率,，即功率。功率P=F·v,，因此當功率保持不變時,，如果車速越慢，則發(fā)動機能夠提供的牽引力就越大,。

另一方面,，汽車在低速時會處于低檔位。騎過變速自行車的朋友應該深有體會,，腳蹬的齒輪越小,，后輪的齒輪越大，則上坡越省力,，但是騎行的速度越慢,，而腳蹬的齒輪越大，后輪的齒輪越小則蹬起來越費力,，但是騎行的速度越快,。汽車的不同檔位實際上就是發(fā)動機齒輪和輪軸齒輪的配比不同，當檔位低時,，相當于是一個省力杠桿,，雖然費了距離（車速慢），但是省了力,。此時給油門可以讓發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升而車速卻不會太高,，不同的發(fā)動機具有不同的最大扭矩轉(zhuǎn)速，一般來說都需要較高的轉(zhuǎn)速,。因此掛一檔時猛給油門,，發(fā)動機轉(zhuǎn)速上去后可以提供很強的動力，利于爬坡,，越過障礙,。

By Patwf

太陽的熱量會在億億億……年后散發(fā)盡嗎？

by 匿名

恒星的命運基本上由其質(zhì)量決定（加基本上是因為：還會受恒星自轉(zhuǎn),、成分,、磁場、在密近雙星中的地位等諸多因素影響）,，一個是質(zhì)量越大的燃燒越快,，壽命越短（我沒說人哦），另一個是恒星的質(zhì)量也決定了恒星的最終歸宿,。

恒星的內(nèi)部在進行的是核聚變反應,，產(chǎn)生大量能量，其輻射壓抵抗了恒星自引力,，使其不會在自引力下坍塌,。恒星質(zhì)量不夠大的話，氫聚變至氦就終止了,。足夠大質(zhì)量的恒星有足夠大的壓力使氦被加溫點燃聚變成碳,，再大質(zhì)量的恒星可以使碳點燃聚變成氧,，然后是氧聚變成鐵，但是無論如何恒星核聚變的本事這就到頭了,。

在恒星年老的時候,，核聚變能力下降，輻射壓不足以抵抗自引力,，恒星開始核心坍塌,，外殼冷卻膨脹，變成紅巨星（或紅超巨星）,。在最后的負隅頑抗之后,，核心巨大的壓力會導致超新星爆炸，會拋射掉一部分質(zhì)量,，被吹散的外殼形成行星狀星云,，而剩余的核心根據(jù)質(zhì)量大小：質(zhì)量小的變成白矮星,，逐漸冷卻至黑矮星,；質(zhì)量大一點的其自引力壓力可以戰(zhàn)勝電子簡并壓，變成中子星,，質(zhì)量更大的其壓力可以進一步戰(zhàn)勝中子簡并壓,，形成黑洞。

太陽目前是一顆G2V型主序星,，已經(jīng)燃燒了46億年,，預計還可以繼續(xù)燃燒50億年。以太陽的質(zhì)量,，最終會走白矮星這一條歸途,。

By 起個筆名真難

 鏡面反射時光走的路程是最短的，光怎么知道它走這條路的路程是最短的,？             

by  匿名

光沒有自由意識,，自然不知道它走的這條路是最短的。實際上,，在鏡面反射過程中,，量子理論認為光其實走了所有可能的路徑，每條路徑都是平等的,。而在幾何光學中,，光走的路徑最短是它在經(jīng)典極限下的描述。

圖片來自：費曼《QED,，光和物質(zhì)的奇妙理論》

如圖,，一個光子經(jīng)過鏡面反射從S到P的過程中，實際上走了各種可能的路徑,，每種路徑貢獻一個概率幅（相當于一個復數(shù)）,，從S到P的概率是所有這些不同路徑給出的概率幅疊加的結(jié)果,。但不同的路徑因為路程不同，所以光子走的時間并不相同,，于是相鄰的路徑貢獻的概率幅實際上會有不同的相位,。如果路程不是最小的，較小的路徑移動就會帶來比較大的路程的差別,，那么相鄰的路徑之間的時間相差就會比較明顯（如圖中的SAP，SBP兩條路徑）,，這樣,，它們之間就會發(fā)生比較明顯的相消干涉從而其貢獻相互抵消。而對于SGP這種路程最短的線,，關(guān)于它的微小移動不會帶來比較明顯的相位差別,，因此這部分的概率幅就會被保留并成為主要的貢獻者。所以從實際的效果來看,，就等于光走了最短路程的線,。

這個問題其實問的很好，著名的物理學家理查德費恩曼就是通過對這個問題的深入思考,，提出了著名的路徑積分理論,。路徑積分理論現(xiàn)在已成為理論物理的一塊基石。

推薦閱讀：《QED,，光和物質(zhì)的奇妙理論》 理查德 費恩曼

By  YuSen An

地球軌道上,，衛(wèi)星中的設備是處于失重狀態(tài)，那么電機帶動的轉(zhuǎn)盤是不是不需要考慮其轉(zhuǎn)動慣量了呢,？是不是說轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣量近似為零呢,？

by Eric

物體的轉(zhuǎn)動慣量即和它的質(zhì)量有關(guān)也和它的質(zhì)量的幾何分布有關(guān)。兩者不論是在地球上還是在失重環(huán)境下都是客觀存在的,。所以在失重狀態(tài)下,，轉(zhuǎn)盤也是具有轉(zhuǎn)動慣量的。

我們從質(zhì)量入手來分析一下讀者直覺上的錯誤,。讀者可能認為在失重狀態(tài)下物體不受力也可以飄起來,，所以物體沒有質(zhì)量。其實不然,，物體的質(zhì)量是物體自身保持自己運動狀態(tài)對抗外界干擾的屬性,。雖然失重狀態(tài)下物體可以自己飄起來但是你想讓它改變運動狀態(tài)還是需要對它施加外力，而且它的加速度和在地球上一樣滿足F=ma,。而在地球上物體需要外力才能飄起來的原因是物體時刻受到重力的作用,，只有施加外力抵消掉重力才能讓物體飄起來。對于轉(zhuǎn)動慣量也是一樣的,，轉(zhuǎn)動慣量可以看做物體維持自身角動量的屬性,，想要改變轉(zhuǎn)盤的角動量一定要給轉(zhuǎn)盤施加力矩才行,。正是因為這個特性，陀螺儀才有指示方向的功能,。

By Nothing

月球總是正面朝向地球,，那么其正面的坑是怎么形成的呢？謝謝

by  雨中漫步的你

這位朋友的問題非常好,，我先來給觀眾老爺們啰嗦一下這個問題的背景,。月球表面的坑是被隕石砸中形成的，月球由于潮汐鎖定,，長期以一面面向地球,，故而有正反面之分。月球的背面有更多的隕石坑,，而正面卻更為平坦,，這是因為月球正面受到地球的保護。

那么地球?qū)υ虑虻谋Ｗo作用有多大呢,？我們來看一下地球月球的真實大小,、距離比例。

可見,，地球作為月球的盾牌也只能遮擋一個很小的角度,，算了一下約為2度。這可真是,，360度,，度度擋不住，好像沒什么用啊老師,！能不能再給力一點,？沒關(guān)系，除了物理護甲我們還有魔法防護：【真·引力·彈弓】（引力好像也是物理啊老師）隕石不是從遠處像子彈一樣直線射過來,，而是會在地球,、月球的引力場中進行曲線運動。從地球方向射向月球的隕石大多會被地球的引力拉扯偏離,，而偏折角度的大小與隕石原軌道和地球之間的距離,、隕石和地球之間的相對速度有關(guān)，軌道高度一定時相對速度越小角度偏離越大,，相對速度太小的甚至會被反向,，甚至被地球捕獲與地球相撞（但大部分小隕石在大氣層中燃燒殆盡，不會撞到地面上,，這重情況就不能稱為隕石了）

接下來終于要回答題主的問題了,！雖然地（fu）球（zhu）的保護這么到位，為什么月球（adc）正面還是挨打了呢？

大概有兩種情況,，一種是輔助有時候也會坑隊友,，比如把開大的敵人一腳踢到隊友身邊。地球可能會把本來沒有瞄準月球的隕石偏折到射向月球的軌道：

另一種就是好輔助也救不了自己送,。背面來的隕石在月球引力下經(jīng)過軌道的偏折反而在正面撞擊：

By 起個筆名真難

接收到一束光,，我們是如何計算出它是從多少年以前從某個恒星上發(fā)出的呢？(最好能用公式解答)

by 雨中漫步的你

通常我們無法直接得知光傳播的時間,，這個問題只能先轉(zhuǎn)化成天體測距的問題,，知道了光走了多少距離，再除以光速,，就知道傳播時間了,。對于近鄰宇宙來說，可以用三角視差法,，分光視差法等諸多方法測得天體的距離。然后除以光速得到這束光傳播的時間,。事實上不同方法測出的距離并不是同一個物理量,，它們只是在近鄰宇宙的情況下幾乎恰好相等而已。如果是遙遠宇宙,，需要考慮到宇宙膨脹的影響,，這些距離、時間則并不等同,，我們難以直接測得光行距離（就是可以除以光速得到光行時間的距離）,，而往往是測得角直徑距離、光度距離等,。研究遙遠宇宙中的天體可以測定其宇宙學紅移,，通俗來講，越大的紅移代表了更遠的距離,，更長的光傳播時間,。有趣的是，在光的傳播的路上,，這段距離就在不斷增加,，所以這里面談論時間、距離都要涉及到坐標系選取的問題,。

我在這里僅給出一種情景：此時此刻我們站在地球上,，看到宇宙中來的一束光，測得它的紅移是z₀

λ₀ 、λ₁分別是電磁波發(fā)射時和被我們接收時的波長.

那么在我們看來,，這束光傳播的時間（回視時間）是

其中

是紅移z處的哈勃指數(shù),。而Ω_Λ0 ,、Ω_k0,、Ω_mo ,、Ω_r0分別是當今宇宙暗能量、曲率,、物質(zhì),、輻射的組分，根據(jù)目前理論模型與實際觀測,，可以分別取值0.73,，0，0.27,，0

限于篇幅在這里我就不把這惱人的公式從頭推導一遍了,，想要深入了解嚴格的公式來源的讀者可以參考：DISTANCE MEASURES IN COSMOLOGY

當然這里還有一篇關(guān)于各種宇宙距離的通俗易懂的文章：宇宙有多大

By 起個筆名真難

為什么光子自旋不為零？

By 匿名

我們知道光子是自旋為1的粒子,，然而自然界僅存在兩種極化方式的光子,，即左旋光和右旋光，這兩種偏振光分別代表z方向自旋為±1的光子,。那么問題來了,，既然光子的自旋為1，那么其z方向上的本征值應該有三個,，即0和±1,，但是為什么我們至今為止卻沒有發(fā)現(xiàn)自旋為0的光子呢，即為什么電磁波不能是縱波,？事實上,，我們要想深刻地去理解光子的自旋，必須要從量子場論出發(fā),。在3+1維的時空坐標系中,，將電磁場量子化時，我們原則上確實可以形式上去定義四個極化方向：其中x,，y方向的為橫向極化,，分別代表x和y方向的線偏光；z方向的為縱向極化,，代表自旋取值為0的縱波,；t方向的為標量極化。然而,，由于我們需要讓電磁場滿足洛倫茲和規(guī)范對稱性,，且光子質(zhì)量為零，這樣的后果就是縱向極化和標量極化都會成為非物理的態(tài),，即負模態(tài)（態(tài)矢量模平方為負）,，從而違反了量子力學的幾率解釋,。因此，我們可以認為光子只有兩個橫向極化,，這也與我們的實驗觀測結(jié)果符合,。總結(jié)來說,，作為矢量場,，雖然光子原則上具有四個極化自由度，但是由于規(guī)范對稱性和光子質(zhì)量為零的限制,，這四個極化自由度并不是獨立的,，從而使得最終只有兩個橫向極化是物理的。  

By Automan-Ex

萬能解惑小編您好,，前幾期提問中有一個問題是牛頓第二定律為什么不是F = ma^2,？| No.116，看完以后毀了我的中學物理,。文末小編說質(zhì)量的定義還有定義二,，如果按照定義二的話，兩個質(zhì)量為1的物體質(zhì)量之和為多少,？請小編解答,，我快瘋了。說實話,，看了小編的這些分析，我真切體會到中學學的太膚淺,，知其然不知其所以然,，中學教育給出的一些定義定律定理在真實的物理演化過程中真實看不懂。讓我們這些自以為牛頓定律學的很好的人覺得自己以前學的太膚淺,。360度跪求小編解答…

by 砸愛因斯坦的蘋果

在那期問答里,，定義2質(zhì)量之比等于加速度反比的平方。下面我們要求兩個質(zhì)量為1的物體加起來質(zhì)量是多少,。首先我們要明確的是,，物體相互碰撞的過程中，它們的加速度之間的關(guān)系是實驗事實,，不隨所選力學的形式改變,。所以當兩個質(zhì)量為1的物體（M）合在一起與另一個質(zhì)量為1的物體（m）相互碰撞，其加速度之比為a_M/a_m=1/2,。根據(jù)定義,，質(zhì)量之比是加速度之比的平方可得：M/m=（a_M/a_m）²=4。所以,，M=4m,。也就是說在定義二中，兩個質(zhì)量為1的物體的總質(zhì)量是4。

By Nothing