三角形具有穩(wěn)定性，那為什么我們幾乎看不到三條腿的動(dòng)物？
神話傳說中
不乏三足金烏等三腿動(dòng)物
為什么在自然界
幾乎見不到三條腿的動(dòng)物呢
不是說三角形具有穩(wěn)定性嗎？
Q1
如果超導(dǎo)材料電阻為零的話，歐姆定律是不是就不適用了？那此時(shí)適用的是什么定律？
by 雨街上的夜行米民
答：物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，讓我們從實(shí)驗(yàn)上考慮這個(gè)問題。
電阻不是一個(gè)可以直接測(cè)量的物理量，中學(xué)物理使用伏安法通過直接讀取電流和電壓測(cè)電阻。超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室中測(cè)電阻的方法也與之類似。將待測(cè)樣品磨成規(guī)則的薄長方體，使用類似電壓表內(nèi)接的方法連入電路。使用恒流源將恒定電流通過樣品。由于樣品尺寸只有約1mm，并且電阻率（即使在未進(jìn)入超導(dǎo)的正常態(tài)）也不很大，所以電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電壓表內(nèi)接的誤差完全可以忽略。儀器使用樣品兩端的電壓差除以電流即可得電阻。在超導(dǎo)態(tài)，樣品兩端的電壓差在噪聲等誤差允許范圍內(nèi)為零。因此實(shí)驗(yàn)上就是使用歐姆定律測(cè)超導(dǎo)體電阻。
需要注意，理論上歐姆定律R＝U/I可以視作電阻定義式，適用于任何物體。問題的困惑可能在于I＝U/R在超導(dǎo)態(tài)沒有意義，但這并不是規(guī)范表述的歐姆定律，電流的定義并不依賴電阻。
by 藏癡
Q.E.D.
Q2
為什么陶瓷盤子和食物一起放在微波爐里加熱，盤子不會(huì)變燙？
by 非匿名
答：微波爐顧名思義就是可以產(chǎn)生“微波”的爐子。微波是一種特殊的“光”，和可見光一樣是一種電磁波。放在微波爐的食物中含有水分。水分子是極性分子，一頭帶正電，一頭帶負(fù)電。
當(dāng)水分子遇上電場(chǎng)，它會(huì)調(diào)整方向。當(dāng)電場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，會(huì)帶著水分子一起振蕩。由于微波電場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率恰好與水分子本征頻率一致，水分子的轉(zhuǎn)動(dòng)始終會(huì)被轉(zhuǎn)動(dòng)的電場(chǎng)加速，從而不斷獲得能量，這就是通常所說的“共振”現(xiàn)象?！肮舱瘛边^程中，水分子振蕩得越來越劇烈，能量越來越高，水溫也就升高了。食物中的很多分子是和水分子相似的“極性分子”，所以可以被升溫加熱。
而盤子大多是陶瓷制作的，微波頻率與分子本征頻率不一致，不會(huì)共振升溫，所以不會(huì)變燙。要注意，鐵盤和不銹鋼盤不能放進(jìn)微波爐，因?yàn)殍F、鋁器皿放進(jìn)微波爐里加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花并反射微波，既損傷爐體又不能加熱食物。
by serendipity
Q.E.D.
Q3
三角形具有穩(wěn)定性，那為什么我們幾乎看不到三條腿的動(dòng)物？
by ?匿名
答：動(dòng)物基本都是左右對(duì)稱的，這在生物學(xué)中有自己的一套理論解釋，這里我們只聊聊力學(xué)。
三角形的穩(wěn)定性更多是指在受到面內(nèi)擾動(dòng)時(shí)不易變形，而腿的支撐力實(shí)際上主要是垂直于三足形成的平面。這種情況，真正穩(wěn)定的是“百足之蟲死而不僵”。如果你騎過三輪車，就會(huì)發(fā)現(xiàn)三輪車并不容易掌握平衡，甚至很容易側(cè)翻。三腳凳的穩(wěn)定性也遠(yuǎn)不如四腳凳。
退一步講，嚴(yán)格來說三足只是三個(gè)不共線的點(diǎn)，三點(diǎn)之間并沒有邊相連，并不能構(gòu)成三角形——三角形的構(gòu)成要素是包含三個(gè)角和三條邊的。單論穩(wěn)定性，這樣的三個(gè)點(diǎn)也不如真正的三角形穩(wěn)定。
三條腿在穩(wěn)定性方面并不成立，其實(shí)在運(yùn)動(dòng)模式方面也很難成立。要知道，對(duì)于生活于自然界的動(dòng)物而言，最重要的不是站立的時(shí)候有多穩(wěn)，在捕獵中的運(yùn)動(dòng)能力也很重要！對(duì)于雙足動(dòng)物而言，主要的模式有人類一般的奔跑，還有袋鼠一般的跳躍。對(duì)于四足動(dòng)物而言，則有四種主要的運(yùn)動(dòng)模式，參考問答No.318期Q4，例如優(yōu)美的小跑：
但是俗話說兩個(gè)和尚挑水喝，三個(gè)和尚沒水喝，很難有一個(gè)充分利用三條腿的運(yùn)動(dòng)模式（生物進(jìn)化是吝嗇的，不大能允許一個(gè)只起偶爾輔助作用的龐大肢體存在，不然尾巴其實(shí)也能看做第三條腿）！
by 井筠
Q.E.D.
Q4
為什么行星圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓形，沒有正圓形的軌道嗎？
by 匿名
答：我們從牛頓力學(xué)出發(fā)來看這個(gè)問題。兩體運(yùn)動(dòng)的問題可以化為一個(gè)物體在中心力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題，伯特蘭定理告訴我們，只有兩種中心力場(chǎng)存在封閉軌道，其中一種是平方反比力(力的大小隨距離呈平方反比)，萬有引力就是這種力。對(duì)于這樣的力場(chǎng)，封閉軌道一定是橢圓(當(dāng)然也包括正圓)，因此正圓是有可能的。但是要考慮可能存在的擾動(dòng)。假設(shè)一個(gè)行星正繞其恒星作圓周運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻一個(gè)擾動(dòng)使這個(gè)行星具有了一個(gè)遠(yuǎn)離恒星的速度分量，可以假定該擾動(dòng)存在時(shí)間很短暫，且不足以使行星脫離恒星引力。擾動(dòng)結(jié)束后，由于行星具有遠(yuǎn)離恒星的速度分量，它將偏離圓軌道，而此時(shí)行星只受恒星引力作用，其軌道只能是橢圓軌道。保持圓軌道是十分困難的，隕石或小行星撞擊對(duì)行星的擾動(dòng)，以及繞同一恒星運(yùn)動(dòng)的其它行星的擾動(dòng)都可使行星偏離圓軌道。
by 利有攸往
Q.E.D.
Q5
拉伸為什么能緩解酸痛和疲勞？原理是什么？
by 匿名
答：作為運(yùn)動(dòng)愛好者，小編非常喜歡運(yùn)動(dòng)后用拉伸帶來的酥麻與舒暢沖淡肌肉的酸痛！究其原因，你可能經(jīng)常聽到這樣的表述：拉伸可以放松緊張的肌肉，優(yōu)化局部的血液循環(huán)，從而促進(jìn)放松和恢復(fù)。這樣的表述不能說錯(cuò)，但是比較宏觀，并不能讓人滿意。實(shí)際上，這背后暗藏著肌肉神奇而美妙的結(jié)構(gòu)！
而與拉伸神奇效果有關(guān)的特殊結(jié)構(gòu)，就是肌肉感受器！在肌肉中分布著各類神經(jīng)，用于調(diào)節(jié)肌肉運(yùn)動(dòng)，在不同部位實(shí)現(xiàn)和承擔(dān)著不同的功能，也被稱作肌肉感受器。其中有兩種感受器地位特殊，分別被稱作肌梭和腱梭（高爾基腱器官），他們都在肌肉被拉長時(shí)都可能起到作用，如圖。
肌梭其實(shí)大家很熟悉，它分布在骨骼肌腹上，可以感受肌肉突然的長度變化，并讓肌肉發(fā)力來應(yīng)對(duì)這種變化，以避免急性的肌肉或者關(guān)節(jié)形變損傷。肌梭負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)比較迅速的變化，響應(yīng)也很快，比如大家熟知的膝跳反射就是肌梭在起作用！而腱梭則負(fù)責(zé)感受肌肉的張力變化，當(dāng)面對(duì)肌肉被持續(xù)長時(shí)間強(qiáng)制地拉長時(shí)，肌梭式的“反抗”帶來的收縮就不經(jīng)濟(jì)了，可能會(huì)讓肌肉在長時(shí)間收縮中受傷。于是，腱梭選擇了另一條路：讓肌肉躺平，主動(dòng)地放松肌肉，伸展肌肉來適應(yīng)這種拉長！可以看到，肌梭和腱梭是在面對(duì)不同情形時(shí)的自我保護(hù)策略，而腱梭的這種保護(hù)，可以被我們有效利用，用以運(yùn)動(dòng)后的放松。
基于以上原理，大家也可以理解現(xiàn)在的主流觀點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)前更推薦動(dòng)態(tài)拉伸，運(yùn)動(dòng)后更推薦靜態(tài)拉伸。拉伸帶來的肌肉放松，不僅能促進(jìn)肌肉恢復(fù)，也能避免肌肉長期緊張導(dǎo)致的關(guān)節(jié)問題！怎么樣，人體是不是非常偉大！當(dāng)然了，拉伸也不是越多越好，也不能作為唯一的手段，泡沫滾軸和筋膜球也是很好的選擇。愿所有的運(yùn)動(dòng)愛好者一起，科學(xué)放松，無傷運(yùn)動(dòng)！
by 小范
Q.E.D.
Q6
空氣中氮?dú)獾恼急茸畲?，但為什么生物沒有進(jìn)化出呼吸氮?dú)馍婺兀?/span>
by 設(shè)置的設(shè)置
答：因?yàn)榈獨(dú)獗妊鯕夥€(wěn)定，大多數(shù)氮化物的穩(wěn)定性也比相應(yīng)的氧化物強(qiáng)，所以氮?dú)庀鄬?duì)氧氣不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
絕大多數(shù)情況下，氮?dú)夂脱鯕膺@種雙原子分子要想發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，需要先吸收能量分成兩個(gè)活化的原子。將1mol氮?dú)馊炕罨枰?41kJ能量，而活化同樣多氧氣只需要436kJ。因此氧氣遠(yuǎn)比氮?dú)飧菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，選擇利用氧氣而不是氮?dú)?，可以讓?xì)胞更容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行生命活動(dòng)。事實(shí)上，氮?dú)夂茈y參與化學(xué)反應(yīng)，以合成氨為例，想要用氮?dú)夂蜌錃獍l(fā)生反應(yīng)，要么需要在空氣中放電，要么需要在存在催化劑的條件下使用高溫高壓，這都不是細(xì)胞內(nèi)的溫和條件所能達(dá)到的。
類似地，硅在地球表層的含量遠(yuǎn)多于碳，但由于硅氧鍵遠(yuǎn)比碳氧鍵穩(wěn)定，所以我們選擇吃有機(jī)物而不是啃沙子。
by 井筠
Q.E.D.
Q7
為什么新買的手表過了一段時(shí)間后時(shí)間就不準(zhǔn)了？
by 要考劍橋的小姐姐
答：手表一般分為機(jī)械手表和石英手表兩種，兩種的工作原理不同，時(shí)間不準(zhǔn)的原因就不同。
對(duì)于機(jī)械手表來說，一般是動(dòng)力儲(chǔ)存不足，現(xiàn)在的機(jī)械手表一般都是靠手部的晃動(dòng)上弦，因此若運(yùn)動(dòng)不足則可能造成動(dòng)力不足。二來可能是由于撞擊、機(jī)油干以及磨損等原因?qū)е碌凝X輪配合不暢，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部件的摩擦阻力變大導(dǎo)致。
對(duì)于石英手表來說，其原理是通過壓電效應(yīng)使得石英產(chǎn)生32768赫茲的振蕩，通過數(shù)字電路將振蕩頻率化為1赫茲的信號(hào)電流并放大后驅(qū)動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槭⒄袷庮l率固定且十分精確因此可以制作為手表。但是這個(gè)頻率會(huì)受到環(huán)境條件的影響，比如，電池電量不足，或者由于撞擊、潮濕進(jìn)水等原因破壞電路/機(jī)械器件，還比如溫度等。此外從理論上來說，石英振蕩的誤差為萬分之一秒/秒-十萬分之一秒/秒，即每天的誤差在0.5秒左右，一個(gè)月之后就會(huì)差半分鐘。
by opzk
Q.E.D.
Q8
為什么打雷時(shí)有時(shí)雷聲持續(xù)比較長而沉悶，有時(shí)短促而響亮？打雷發(fā)出聲響的原理是什么？
by 匿名
答：雷聲是由閃電周圍的空氣急劇膨脹產(chǎn)生的沖擊波在大氣中傳播引起的，由于過熱空氣膨脹的速度超過了音速，因此產(chǎn)生了類似于音爆的效果[1]。我們聽到的雷聲主要取決于幾個(gè)因素，如觀察者與閃電的距離、閃電的形狀、雷聲傳播過程中空氣的溫度和濕度以及地形障礙特征[2]。
關(guān)于閃電的距離和形狀可能出現(xiàn)的情況有：
如果閃電離觀察者很近，雷聲會(huì)短促而響亮，因?yàn)闆_擊波還沒有來得及擴(kuò)散和減弱。
如果閃電距離觀察者很遠(yuǎn)，雷聲就會(huì)又長又沉悶，因?yàn)闆_擊波已經(jīng)傳播了很遠(yuǎn)的距離，并被大氣條件扭曲了。
如果閃電分叉或分支，雷聲會(huì)不規(guī)則且噼啪作響，因?yàn)殚W電通道的不同部分會(huì)產(chǎn)生不同的沖擊波，相互干擾。
如果閃電是垂直或筆直的，雷聲就會(huì)平滑而隆隆作響，因?yàn)闆_擊波會(huì)更加均勻和連續(xù)。
關(guān)于雷聲傳播過程中受到的影響：
空氣的溫度和濕度會(huì)影響聲音的傳播速度以及聲音被吸收或折射的程度。溫暖的空氣能讓聲音傳播得更快更遠(yuǎn)，而潮濕的空氣則能讓聲音更響亮更清晰。但是，如果聲音傳播路徑上的溫度或濕度發(fā)生變化，就會(huì)造成聲音失真或干擾。
地形障礙物導(dǎo)致的存在的回聲也會(huì)改變雷聲。建筑物、山脈、樹木或其他物體會(huì)反射或散射聲波，產(chǎn)生多重聲音或混響。這會(huì)讓雷聲聽起來更加復(fù)雜或混亂。總之，雷聲是由于空氣在閃電的極熱作用下急劇膨脹而產(chǎn)生的，而雷聲的特征取決于與閃電本身及其傳播過程中有關(guān)的各種因素，你學(xué)會(huì)了嘛
參考資料
1.What causes thunder?? ?https://www.scientificamerican.com/
2.Why Does Thunder Sound The Way It Does?? ?https://www.scientificamerican.com/
by 青春小花??
Q.E.D.
#本期答題團(tuán)隊(duì)
藏癡、serendipity、利有攸往、井筠、小范、opzk、青春小花??
