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有哪些反直觉的物理现象?

2015/5/26 11:00:37
文章来源:网络

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问题详情:


例如,光速不变原理。

相关问题:在你的专业里,有什么基础知识是和普通人的认识不相符的?

众说纷纭:


有哪些反直觉的物理现象?这个比较经典,条件是杆件不变形,重心在桌子边缘。很容易实现,要求并不苛刻。


补充(06.11):

看到很多同学提到这两张图片,尤其是第一张图片拍摄角度有问题,从而不能更好地看出其奥妙。所以附上视频一段,让这个小原理更加明了清晰。
你也试试:锤子和尺子的力平衡显示全部


解答:我来说说我重新认识的电磁波世界。

1、首先是变换光学带来的无穷魅力。
它可以用来设计隐身衣





还有很多。。。。。


现在科学家研究的一般都是反直觉的东西。越反直觉越有价值。每一个重大的breakthrough都是在刷新人们的世界观。

P.S. 由于引用的文献太多了,我就不列举了。

持续更新中。。。。。显示全部


解答:亲眼见过的实验,有层流实验Laminar Flow 层流展示,角动量守恒1个让你秒懂角动量守恒定律的视频,第一次见真的被吓到了

感谢 @杨泓提醒,第二个实验叫角动量守恒确实不妥,准确点说应该叫旋进实验吧


解答:必须是猫旋现象

将猫以任意姿态抛向空中,仅需要八分之一秒的时间,猫就能翻转身体四脚落地,由于角动量守恒,这在直觉上是完全不可能的。

这里有个动画解释了这个现象的原因:
upload.wikimedia.org/wi

更多信息可以参考Wiki:Falling cat problem

“猫旋”使科学家产生了极大的兴趣。
20世纪60年代,前苏联力学家洛强斯基,提出了“转尾巴”理论。他认为,猫在空中,只要把尾巴急速地转动,就能使自己的身体沿相反方向翻转过来。

这种理论能够站得住脚吗?

人们对此进行了计算,其结果实在令人遗憾:猫尾巴做圆锥旋转运动,每分钟必须几千转,才有可能使猫的整个身体在1/8秒钟内翻转过来,这怎么可能呢?有趣的是,1960年,英国著名生理学家麦克唐纳,做了一次判断性实验。他用几只天生没有尾巴的曼克斯猫做空旋运动,结果,猫在空中的转体动作,依然灵活自如。转尾巴理论显然是不正确的。

科学家们锲而不舍地探索着。麦克唐纳、凯恩、谢尔等人又提出了“弯脊椎”理论。认为猫在下落过程中,首先从中间展曲身体,然后依次向各个方向弯曲脊椎:先向前做不大的弯曲,然后再向右弯,最后向前弯,使猫的前半身旋转180度,这样猫的后半身就必然产生一个大小相等、方向相反的角动量与其相“对抗”,从而使猫的整个身体翻转过来。

这种理论能够成立吗?

1969年,美国力学家凯恩教授,又利用“弯脊椎”理论的数学模型以及电脑程序,进行了计算,结果与高速摄影机拍下的“猫旋”过程完全吻合。1978年,美国的詹姆斯·海,在他的名著《动物技术生物力学》一书中,又宣布了“猫旋”研究的一些新成果:让猫四脚朝天落下时,它能在自己的站立高度之内,将身体翻过来;蒙住眼睛的猫,从只有1米的高度下落,动作十分笨拙。猫眼和猫内耳机制,这两种感官都被去掉的猫,四脚朝天下落,就不知道如何翻身了。
至此,经过一个多世纪的研究,“猫旋”的奥秘才算解开了。


解答:

弹簧下落时下端静止。Zhihu显示不了动图,见
guokr.com/question/4354


解答:火的内焰比外焰温度低。


解答:泊松亮斑

在委员会的会议上泊松指出,根据菲涅耳的理论,应当能看到一种非常奇怪的现象:如果在光束的传播路径上,放置一块不透明的圆板,由于光在圆板边缘的衍射,在离圆板一定距离的地方,圆板阴影的中央应当出现一个亮斑,在当时来说,这简直是不可思议的,所以泊松宣称,他已驳倒了波动理论。菲涅耳和阿拉果接受了这个挑战,立即用实验检验了这个理论预言,非常精彩地证实了这个理论的结论,影子中心的确出现了一个亮斑。
这一成功,为光的波动说增添了不少光辉。 泊松是光的波动说的反对者,泊松根据菲涅耳的计算结果,得出在一个圆片的阴影中心应当出现一个亮点,这是令人难以相信的,过去也从没看到过,因此泊松认为这个计算结果足够证明光的波动说是荒谬的。但是恰巧,菲涅耳和阿拉果在试验中看到了这个亮斑,这样,泊松的计算反而支持了光的波动说。过了不久,菲涅耳又用复杂的的理论计算表明,当这个圆片的半径很小时,这个亮点才比较明显。经过实验验证,果真如此。菲涅耳荣获了这一届的科学奖,而后人却戏剧性地称这个亮点为泊松亮斑。 菲涅耳开创了光学的新阶段。他发展了惠更斯和托马斯·杨的波动理论,成为“物理光学的缔造者”。


解答:最速降线问题(Brachistochrone)

问题描述:在重力作用且忽略摩擦力的情况下,一个质点在一点参数方程:
x=r(t-sin t)
y=r(1-cos t)

笛卡尔坐标方程(直角坐标系):
x=r cos^{-1}(1-\frac{y}{r})-\sqrt{y(2r-y)}

微分方程:
\left( \frac{dy}{dx} \right)^{2}=\frac{2r-y}{y}

摆线的性质:
1.它的长度等于旋转圆直径的 4 倍。尤为令人感兴趣的是,它的长度是 一个不依赖于\pi的有理数。
2.在弧线下的面积,是旋转圆面积的三倍。
3.圆上描出摆线的那个点,具有不同的速度——事实上,在特定的地方它甚至是静止的。
4.当物体从一个摆线形状的容器的不同点放开时,它们会同时到达底部(等时降线)。

Demo:
重力下的最快下降曲線 :: 國立中央大學物理演示實驗显示全部


解答:1、“穿墙术”
看起来是有挡板的一个玻璃管
用激光笔从瓶的一端射入,垂直穿过水中,会看到光“拐弯”了,跟着水一起流到手上。
原理:全反射:又称全内反射,指光由光密(即光在此介质中的折射率大的)媒质射到光疏(即光在此介质中折射率小的)媒质的界面时,全部被反射回原媒质内的现象。空气的折射率约为1,水的折射率约为1.33,故水对空气而言为光密介质,光被全反射回水内。


很晚了,暂时就只能想到这么多。其实这些都是我们在教学技能比赛中同学演示的实验(当然也基本来自于网上),是中学物理的教学内容,都是用来唬孩子的(捂脸)。但是自己第一次看到同学演示也还觉得蛮好玩的,想写这个答案的时候才发现当时没有好好听同学讲,知其然不知其所以然,自己都还有很多地方讲不清楚,非常惭愧,今后会好好努力的,我还想要成为一名好物理老师呢~ヽ(●′ε`●)ノ显示全部


解答:真空fluctuation产生虚粒子对,基态能量不为零,以及其存在decay的现象。

真空能是组成暗能量的成分之一,它带来负压,它的能量密度不随膨胀变化。

耗散系统中的极限环要想维持周期运动是需要输入能量的,维持这个势场的形态本身就需要能量。而这个在许多情况下单从方程上看是很容易忽视的。


解答:1.牛顿第一定律

一切物体在没有受到力的作用时(或合外力为零时),总保持匀速直线运动状态或静止状态。

直觉认为,力是维持运动的原因;而这个反直觉定律成为了传统力学体系的基石。


2.普朗克量子假说

在1900年10月19日,普朗克在德国物理学会会议上根据实验数据归纳了黑体辐射能量密度分布公式。其中,这个公式中含有一个常量h,使辐射能量密度并不是连续分布的。

经典力学定律认为,能量应该是呈连续态的;即使是普朗克本人,都试图将量子说纳入经典轨道。但实际上,量子态的发现,推动了整个原子物理学的发展。


3.德布罗意波


波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都有波粒二象性。

之前物理学界一直认为,波动性和粒子性只在光子中同时存在,带静质量的粒子不可能具备波动性。但1927年,柯林顿·戴维森与雷斯特·革末在贝尔实验室验证了这个反直觉的定律;1929年,德布罗意因此获诺贝尔物理学奖。


4.海森堡不确定关系

微观粒子的不确定性原理常被称为测不准原理,后来因为容易被错误理解为这个原理是测量仪器扰动粒子状态造成的结果而更名为不确定性关系。它揭示了粒子在客观上不能同时具有确定的坐标位置及相应的动量。即粒子的动量和位置不能同时被确定。

日常认知一直认为,粒子运动的轨道是确定的;但海森堡不确定关系则说明了,粒子在一段时间内的运动,实质上只是模糊不清,无法观察到的轨域。



写了一大段,发现题目问的是物理现象,举的例子则是物理原理,所以我自己写的也好像有点偏题。

那最后送一个双锥体上滚的视频吧:


解答:一块磁铁断开后断裂处相斥


解答:“没有见到过冰的人第一次摸的时候会感觉烫!”
致敬马尔克斯,致敬本文所有的答主,真心膜拜你们不掺一丝假意。
看,平流层有一只自由飘扬的文科狗!


解答:孤立波。

1834年秋,英国科学家、造船工程师罗素在运河河道上看到了由两匹骏马拉着的一只迅速前进的船突然停止时,被船所推动的一大团水却不停止,它积聚在船头周围激烈地扰动,然后形成一个滚园、光滑而又轮廓分明的大水包,高度约为0.3~0.5米,长约10米,以每小时约13公里的速度沿着河面向前滚动。罗素骑马沿运河跟踪这个水包时发现,它的大小、形状和速度变化很慢,直到3~4公里后,才在河道上渐渐地消失。罗素马上意识到,他所发现的这个水包决不是普通的水波。普通水波由水面的振动形成,振动沿水平面上下进行,水波的一半高于水面,另一半低于水面,并且由于能量的衰减会很快消失。他所看到的这个水包却完全在水面上,能量的衰减也非常缓慢(若水无阻力,则不会衰减并消失)。并且由于它具有圆润、光滑的波形,所以它也不是激波。罗素将他发现的这种奇特的波包称为孤立波,并在其后半生专门从事孤立波的研究。他用大水槽模拟运河,并模拟当时情形给水以适当的推动,再现了他所发现的孤立波。
现在在实验室可轻易实现。


解答:第一个想到的是泊松亮斑:

由于光的衍射,当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时,会在之后的光屏上出现的一个极小的亮斑。

不但反直觉还有这极反转的剧情,因为泊松亮斑的提出者泊松,是光的波动学的反对者,作为一个理性黑,他通过波动学的计算方式,得出在一个圆片的阴影中心应当出现一个亮点,他觉得这太JB扯淡了,并且认为这个计算结果足够证明光的波动说是荒谬的。

结果菲涅尔通过实验,发现了这一亮斑!

就这样,你辛辛苦苦做的用来驳斥对方的论据,反而支持了对方。

初中刚看到的时候,直接无语了,所以说实验有多重要啊。


解答:都好有意思,补充一点吧:

橡胶加热以后会收缩。原因是橡胶的弹性来源于形成橡胶的高分子的热力学无规则运动。加热增加了这种无规则运动,使得高分子更趋于熵高的状态(就是蜷成一团),所以橡胶就收缩了。


解答:说个数学上的:
一个实心球,切成4份,仅经过平移旋转,变成两个和原来一样大的球。
学名:塔斯基-巴拿赫分球怪论。en.wikipedia.org/wiki/T
理论上是对的,可惜实现不了。


解答:光速不变
不仅仅是光速不变反直觉,由于光速不变导致的洛伦兹变换和狭义相对论告诉我们不同惯性系不具备同时性,同一段距离和时间以及速度在不同惯性系看起来会不一样,唯一不变的是光速。

双缝实验
微观粒子(如电子)通过双缝时,将自己与自己干涉造成干涉条纹,此实验证明了所有微观粒子都是波粒二相性的。

不确定性
动量与位置不能同时测定,机械唯物主义宣告破产。

宇称不守恒
镜像的世界并不遵循同样的规则。

强等效原理
引力场与加速度等价,直接推论是引力将导致光线偏折。


说几个不是量子物理相对论的吧,因为量子物理和相对论里面反直觉的东西一抓一大把。



超导体
某些物体在一个较低的温度电阻将等于零。

光是电磁波
可见光是特定频率区间的电磁波。

单摆的周期是固定的
单摆的周期与振幅无关,只与摆绳的长度有关。

人眼无法区分复合色和纯色
简单说单一频率的橙色,和红色与黄色的叠加,人眼是分不出来的,看起来两个都是一样的橙色。

纸船烧水
用纸叠一个小船,装上水,放在酒精灯上烧,由于水会吸收热量,导致纸永远也到不了燃点。


解答:
看到反直觉就想到这个了。。。


解答:朝乒乓球或纸的中间吹气,两物体向中间移动

【棒针花样】不对称叶子

据说,你的脂肪,无论你减不减,它就在那里,不增不减;据说,脂肪不是你想减想减就能减。但是你真的需要减掉你的脂肪吗?也许你感觉你只是比别人壮实点,也许你只是感觉自己比较臃肿点。那些没有胖嘟嘟,只是肉很多的小伙伴们,有没听过有一种胖,叫虚胖。编辑:Zing中医认为引起大多数人虚胖的原因为湿,痰,水,瘀等四种,这是由于肺、脾、肾三脏功能失调,使水的运化功能发生了障碍,痰湿瘀浊,凝聚于体内的缘故。当这三脏

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