No.173 为什么烟花上升时会有“Biu~~”的一声?|

作者:中科院物理所 / 公众号:cas-iop 发布时间:2019-09-20


但愿燃烧为灰烬,
不愿腐朽与泥土;
虽然绽放后枯萎,
但一刹那光华足矣。
烟花,在我们的记忆中,
“Biu~~”的一声升到空中,
绽放自己的美丽,
那么,问题来了,
烟花上升时,
为什么会有“Biu~~”的一声呢?
(“Biu~~Biu~~”两声也是可以的
1Q
为什么用湿手摸玻璃杯杯口会发出声音而日常生活中的其他材料不行?(希望从原理角度解释)?
by 万有引力A
首先,声音是由物体振动产生的声波,是通过介质(空气或固体、液体)传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。用湿手摸玻璃杯能够发出声音,一定是某种物质发生振动,然后通过介质传导,被我们感知到。
仔细分析发现,不是只有在湿手摸玻璃杯时才会发出声音,其实大部分时候,我们用手去摸或者说去摩擦某个物体的表面时一般都能听到声音,比如纸张、桌面或者说衣服等等。那为什么会特别注意到湿手摸玻璃杯的声音呢?是因为这种声音——怎么说呢——有点特别。有的人能够根据听到的声音直接分辨出正在摩擦的物质是什么,比如衣服的材质是尼龙还是纤维,或者判断出你是在使劲摩擦还是轻轻抚摸。下面简单从原理上分析,当我们摸或者说摩擦一个物体表面时,使物体表面或者手与物体接触介面的分子发生振动,从模型上讲,这是一个阻尼振动模型,如下图所示,具体对应哪种阻尼则与实际情景有关。
阻尼振动中对应的振动频率与物质的固有频率和阻尼系数有关,振动幅度随时间指数衰减。介质将振动的相关信息包括振幅和频率以声音的形式传导给我们,使得我们能够根据音色(与频率相关)和响度(与振幅相关)来判断物质的种类或者感知到不同强弱的声音。
By勿用
2Q
物质燃烧过程中发光的机理过程是什么?
by HorntailA
燃烧是剧烈的化学反应,是化学能转化为热能和光能的一个过程。生活中,物质燃烧时一般会发光发热,那么其发光发热的原理是什么呢?
物质的发热机理十分简单,燃烧过程中某些化学键被破坏,新的化学键重组,当总的新的化学键能小于旧化学键能时,这个过程放出能量(燃烧一般是放出能量的,但是不能排除吸热的燃烧反应)。一般燃烧过程中的发光现象与两种发光机制有关,一种是热辐射发光,另一种是焰色反应。热辐射是指物体由于具有温度而辐射电磁波的现象,一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射,温度愈高,辐射出的总能量就愈大,短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱,波长覆盖范围理论上可从0直至无穷大,一般的热辐射主要波长范围为较长的可见光和红外线。焰色反应是另一种常见的光学现象,对于特定的物质,在燃烧的高温下,吸收某些特定波长的电磁波,使其外层电子激发到高能级,这些电子在向低能级跃迁时会发出某些特定波长的光,当这些波长处于可见波段时,就会呈现特定的颜色。
By勿用
3Q
为什么烟花上升时会有biu的一声?
by 匿名A
烟花,作为小时候陪伴我们的玩具,承载了我们美好的童年回忆。看着烟花在空中绽放,听着烟花biu的一声冲上天际,然后瞬间爆炸,不知道为何,就很开心。那时候的我们一定不会去问升空的烟花是圆是扁,烟花上升的声音来至何方?(直到学了物理)。
烟花上升的声音来自何方呢?下图为烟花的常见构造,烟花一般由发射筒、底座和内筒构成。
当引线首先被点着时,内筒和发射筒间的发射药剧烈燃烧,推进内筒从发射筒射出升空,在一定的高度下由于内部引线点着使内筒火药而爆炸,最后点着填充的效果药和产生各种颜色的烟花。在这个过程中,只有在最开始发射药被引燃以及最后烟花爆炸时会发出声响,也就是我们常听见的很沉闷的“tong”的一声和升空后剧烈的“bang!”的一声,而烟花升空的“biu”的一声的声音是如何产生的呢?这种“biu”的声响属于烟花的声响效应,需要在烟花内筒上安装新的配件来实现,如图所示。
某些烟花药剂在某种容器中,被点燃后有的由燃烧转为爆燃而发出闪光的雷声;有的由于产生的气体从喷孔中能发出悦耳的哨声或笛声;有的能产生类似鸟叫或嗡子声音。比如将黑火药系列的药剂装在纸筒中,两头压上泥塞的纸筒中,在药剂上边再扦上一根引线,引燃后会产生悦耳的哨子声或笛子声。将高氯酸钾和铝粉等混合后装在纸筒中并封闭严实或用几层纸条缠紧成包状,用导火索点燃会产生爆炸声和耀眼的闪光。利用这些“声响效应”可制成如称为筒雷、包雷、嗡子、小鸟、哨子、笛子等部件,安装在烟花内筒上,通过引线配置使其在合适的时候发出声响即可为我们展示诸如小火箭的“响弹”、大型烟花的“百鸟齐鸣”、空中礼花的“雷鸣花开”等等绚丽多彩的烟花盛宴。
图片来源:知乎
By 勿用
4Q
加湿器为啥加进去的是水,喷出来的是雾?
by 马祥越A
加湿器根据加湿原理一般可以分为5大类,分别是超声波加湿器、纯净型加湿器、电加热式加湿器、浸入式电极加湿器以及冷雾加湿器。
常见的超声加湿构造如上图所示,其主要工作器件为超声波震荡片,超声加湿的第一步是通过振荡电路对换能器激励,利用换能器件的自身压电效应,使得震荡片产生超声频机械振动使得震荡片自身产生超声频机械振动。第二步是震荡片的振动传导到水中,是液态水雾化,也称为空化作用。采用电子超频震荡(震荡频率为1.7MHz,超过人的听觉范围,对人体及动物绝无伤害),通过震荡片的高频谐振,将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾,不需加热或化学药品而产生1-10μm的水颗粒漂浮于空气中,达到空气湿润效果。第三步是通过出风口将雾化后的水汽吹出,达到升高室内湿度的目的。
参考:空气加湿器
By勿用
5Q
镭射纸是什么原理?
by 匿名A
镭射纸,全称镭射喷铝纸,是将激光全息的图案或文字信号通过模压的方式加载到喷铝纸的表面而成。
喷铝纸按生产工艺可分为直接法和转移法两种。直接法是将纸直接置于真空镀铝机进行喷铝的方法。这种方法仅限于薄纸喷铝。转移法是将PET膜或镭射PET膜置于涂胶纸或纸板复合,再将PET膜剥落(PET膜可反复使用多次),铝分子层通过胶粘作用转移到纸或纸板。转移法可以生产光芒四射的任意图案、任意文字的镭射防伪真空镀铝纸或纸板。镭射纸运用的是全息照相的原理,利用激光照射物体产生的光与分光镜产生的同相位的激光在感光底片上干涉叠加,感光底片将与物光有关的振幅和相位分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔记录下来,经过适当的处理,得到的全息照片。当用参考光照射在全息图上时,发生衍射,在某些特定的方向就会看到物体的再现像。
By勿用
6Q
电脑黑色的壁纸会比白色的壁纸省电吗?
by匿名A
这个结论并不唯一,要看你的电脑屏幕是那种类型的屏幕具体分析。
现在大家使用的电脑显示器绝大多数都是液晶显示器。液晶显示器本身并不会发光,而是分为两个部分:液晶面板和背光模块。只要你不关闭屏幕,背光模块始终在发光,而开关掌握在液晶模块手里。液晶模块中的液晶分子仅允许特定方向振动的光通过,有光到达前面板的像素点,在人看来就是亮的。
图片来源:liquid-crystal-display
主流的液晶显示屏技术分为三类:TN,IPS 和 VA。区分的方式很简单,一般来说 TN 屏可视角度较差,不是正对着屏幕的话,看到的屏幕颜色会失真。而 VA 屏和 IPS 可视角度会大很多,屏幕看起来更加均匀。对于 TN 屏来说,液晶分子在不加电压的情况下呈现螺旋状,正好允许光通过,此时屏幕上对应的像素点是亮的。而在晶体管施加电压后,液晶分子变成同一取向,此时对应屏幕上的像素点是暗的。所以如果你的电脑屏幕是 TN 屏,黑色的壁纸会比白色的壁纸稍微费一点电。而 VA 屏和 IPS 屏幕正好反过来,液晶分子默认不通电的情况下不让背光通过,屏幕是暗的,所以使用黑色的壁纸则会稍微省一点电。
悄悄话:其实比起颜色,将屏幕的亮度调低,使用时间就能显著延长哦。
By Cloudiiink
7Q
为什么十五的月亮十六圆?
by 匿名A
民间之所以有“十五月亮十六圆”一说,是因为月球在椭圆轨道上绕地球转动,从一个满月到下一个满月,平均需要29天12小时44分钟。在“望”时,月、地、日最接近一条直线,月亮因此也最圆、最亮。但由于月亮转速有快有慢,因此每次抵达“望”的时间不同,大多在每年的农历十六日甚至十七日凌晨。
那么为什么月亮大多会在16日抵达“望”呢?知乎大佬@北极对此现象做了详细的详尽的调研和分析。首先,根据万年历的数据,大佬统计了公历2005-2020年的满月公历日期和农历日期,从2005.1.1到2020.12.31期间共有198个满月,统计满月日期结果如下:
统计上述期间的朔望时间差,即满月日和无月日之间的时间差,得到下图:
平均时间月为14.77天,小于15天。现实却实是十六满月更多,难道数据出了什么问题吗?问题出在月初是以公历“天”为单位的,不管朔月出现在这一天的凌晨、中午、下午、半夜,只要朔月在这一天,这一天就是初一,但初一的实际起点可以是24小时以内的任何时间,统计朔月在一天内的实际时间分布,得到:
发现朔月的分布时间在24小时内几乎平均分布,其平均值约为0.49天。
据此我们计算出平均望(满)月的出现时间为:满月时间(平均)=朔月时间(平均)+朔望月时间差(平均),得到平均出现望月的时间为15.26天,大于15天,由于计算的满月时间为天数差值,从第一天算起还得加上一天,据此得到所谓“十五的月亮十六圆”!
参考:为什么说“十五月亮十六圆”。
by勿用
本期答题团队:
物理所 勿用、Cloudiiink
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