物理学   56 个讨论,0 个关注

哪些自然科学原理可以用来思考社科问题?

这个高分辨率超廉价头戴式显示器,在设计上有什么问题?

狙击手是如何完成 1 公里外的狙击的?

可不可能制造一组由镜片组成的装置来储存光?

10 Hz 的声音就算响度达到 10000 分贝人类也听不到吗?

钢进行淬火的目的是什么?

毛细管内液体临近沸腾时凹液面是否变平?

趋近绝对零度,压强为0的情况下,水是什么样的状态?变成冰还是汽。

空调「变频」到底是什么意思?与普通空调有什么不同?实际省电、静音效果如何?

怎样直观的理解一般的自由能与吉布斯自由能?

如何理解自由能?

当大小不一的颗粒放在同一个容器里的时候,如果大颗粒密度大于小颗粒,还会是小颗粒沉下去吗?

如何理解量子物理或统计物理中几乎无处不在的 exp(-E/kT) ?

如何理解生命微观上的随机无序性与宏观个体表现出来的有序性?

为什么耳机线从口袋里拿出来后总是缠绕在一起?

关灯后,灯光到哪里去了?

「新型 X 射线激光衍射测定蛋白质结构」与传统 X 射线衍射的区别有哪些?

对着一摊剧毒药物撒尿,毒药会不会顺着尿柱溶解进我的身体将我毒死?

熵与温度有什么关系?

熵增理论在经济学中如何应用?有相关研究成果吗?

熵增是否和引力相矛盾?

「世界最长超导电缆近期正式应用于德国电网」意味着什么?

超导体的零电阻是绝对的零,还是一个极小极小值?

迈锐宝是怎么做到承重 15.6 吨的?

地球为什么自转?

经典力学中有哪些违反直觉的现象/实验?

什么叫做量子点?

在晶体凝固过程中为什么平面处界面能小,而尖锐处界面能大呢?

粒子对撞机是如何保证两个粒子能撞在一起?

牛顿摆的理论解释是什么?

条新动态, 点击查看
匿名用户

蕉叶 回答了问题 2016-10-31 23:099 个回复 不感兴趣

如何用锅形电视卫星天线自制射电望远镜?

赞同来自:

======= 关于一些规章制度上的问题 =======
评论有人关心会不会被有关部门拆了,于是还是先说说这里的问题吧~
违法的事咱们是不干的!大家要玩本项目记得依法申请!否则后果自负啊!
1)关于买个电视锅的事:
国家在2013年的时候放开了 国务... 显示全部 »
======= 关于一些规章制度上的问题 =======
评论有人关心会不会被有关部门拆了,于是还是先说说这里的问题吧~
违法的事咱们是不干的!大家要玩本项目记得依法申请!否则后果自负啊!
1)关于买个电视锅的事:
国家在2013年的时候放开了 国务院令第129号《卫星电视广播地面接收设施管理规定》 对电视锅生产的限制,所以你买电视锅这事应该不会被说是购买违法物品的。说到这个国务院129号令,里面第九条规定“个人不得安装和使用卫星地面接收设施”,所以,你要私自买个电视锅回去看电视,还真是违法的。不过还好,咱不是看电视用的,理论上不受国务院129号令的限制。
2)依法建设台站
虽然不受国务院129号令限制,但对于我们这种情况,还是受到国家其他一些法律法规的约束。这种个人架设台站的情况属于业余无线电台,需要依照 中华人民共和国无线电管理条例 和 业余无线电台管理办法(工业和信息化部令第22号) 到当地无线电管理委员会那里提交申请。鉴于我们只是接收,估计不会有啥大问题。

========= 下面是正文 =============

首先明确下射电望远镜和雷达的区别。
射电望远镜只接收无线电信号;
雷达会主动发射无线电信号,也会接收无线电信号(一般好像都是收的发射信号的回波)。感谢 @兰斯塔古 提醒,雷达也有只接收的,就是所谓被动雷达。之前回答的时候我把“雷达”全默认为“主动雷达”了。原则上射电望远镜也算是被动雷达,只不过由于观测目标不同,设计参数也就不尽相同。
如果题主是要弄 主动 雷达的话,得弄个发射装置出来才行。然而发射信号这功能对接收来自宇宙的无线电波并没有什么帮助,于是我们还是不要吃力不讨好了。另外因为我不清楚被动雷达相比于射电望远镜会不会有啥其他要求,所以以下讨论不涉及被动雷达,仅仅是说射电望远镜。

这里安利下我的另一个回答,有助了解射电望远镜如何工作。
射电望远镜的工作原理是什么? - 知乎用户的回答

====== 我们聊聊怎么改电视锅好了 =========

一、简单方案
香港梁振声博士在2012年的时候做过一个算是公众科普项目的小项目,直接利用电视锅的锅和接收器(馈源喇叭,高频头)外接一个数据记录器(data logger)来探测太阳射电辐射和银心射电辐射。
http://image2.qiniudn.com/26682-978fe28790c787544172131b62fd3c9f
利用电视锅+放大器(看着是个电流表)组成的“射电望远镜”测量手机辐射。(图片来源: https://pic3.zhimg.com/a6a139f1ab8dda08e34c0742cd699d12_b.png
利用电视锅+放大器(看着是个电流表)组成的“射电望远镜”测量手机辐射。(图片来源: 手提射電望遠鏡的制作暨射電輻射機制和觀測總結 )

http://image2.qiniudn.com/26682-96ac5ca319ada1c2422e96bddb2be96b
梁博士他们用到的data logger。(图片来源: https://pic4.zhimg.com/d66818176711bd911120f37af8bf0ea7_b.png
梁博士他们用到的data logger。(图片来源: 如何利用 Data logger 於手提射電望遠鏡? )

梁博士的这个方案恐怕是最好实现的,不管是在香港还是内地。电视锅这东西很好卖,数据记录器这东西,在某宝上搜索“RTL”或“USB软件无线电”什么的就能找到,相应的软件也可以使用软件无线电的软件代替。
不过电视锅的接收器对于天文观测来说并不好用。
卫星锅的接收器一般是接收C波段或Ku波段信号,并且只接收这两波段里面很窄(相对于正常天文观测来说很窄)的一个通道。一般来说,C波段接收的3.4-4.2GHz信号,Ku波段接收的10.75-12.75GHz信号,通过高频头混频降低到950-2150MHz。不管是C还是Ku,银河的射电辐射都比较弱,况且这两频段既然被用来作为卫星信号频段了,肯定不是受保护频率,会有比较多的人造干扰。Ku波段还有一个问题,因为其频率比较高,受水汽影响比较严重,本来电视锅就不太能收到天体的信号了,来朵云什么的就妥妥看不见信号了。所以,如果能力允许的话,建议可以把坑挖大点,自己做个接收器,也就是我准备说的进阶版方案。

二、进阶版方案(MIT Small Radio Telescope 方案)
麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)搞了一个小型射电望远镜(Small Radio Telescope, SRT)项目。这个小玩意儿啊~ 亦可赛艇!
这项目最主要的是使用“简易”的方案制作一个1400-1440MHz接收机。该简易方案,一是选择了一个干净的、有意思的频率范围,二是在设计的时候尽量压低了接收机噪声温度(这样会提高望远镜探测灵敏度,也就是能测到更弱的信号。)

为啥说1400-1440MHz这个频率范围干净、有意思?
答:
天文上有一条重要的谱线,叫做中性氢21厘米谱线。顾名思义,这条谱线就是中性氢(氢原子)发射出来的波长为21厘米的谱线,对应的频率大概是1420MHz。这条谱线为啥重要呢?因为宇宙中的中性氢很多,通过观测这条谱线,我们可以得到银河系、河外星系,乃至整个宇宙(注意,一般来说,距离我们很远的那些中性氢由于红移的关系,其21里面谱线波长都变得大于21厘米了。)的很多信息。为了保证天文学家对这条谱线进行较好的观测,无线电管理委员会吧1420MHz附近一小段频率设置成了“禁止任何形式发射”的保护频率,也就是说理论上这一小段频率内不会有人为干扰。
在1400-1440MHz这个范围内,可以较好地观测银河系中性氢21厘米谱线。通过测量银河系不同区域的中性氢21厘米谱线的频率,可以测量出银河系的自转。想想还是挺好玩的呢~

说回到SRT这个方案,MIT放出了详细的制作说明,详见: mit.edu 的页面 或者这个网页 SRT Wiki Home
里面用到的材料,国内都可以买到,不过所用的放大器、滤波器估计得直接跟国内代理买,某宝是买不到的。SRT总的造价我记得自己之前估算过是在 3w RMB左右。嗯,真是个花自己钱把自己坑死的差事。。。

放一张SRT的照片~
http://image2.qiniudn.com/26682-2674db9209dd3cc7f51c13bce28cf4ac
SRT(图片来源: https://pic2.zhimg.com/bdd72dca1f0d5cad792e50cc8bf0431d_b.png
SRT(图片来源: 可觀自然教育中心暨天文館 )

MIT用单个SRT做了一些太阳射电和银河射电的观测,也用多个SRT做了干涉观测。所以题主要是有钱有精力有恒心有... 的话,大可以照着SRT的项目玩出很多花样出来。

====== 以下是废话时间 =============
业余射电天文是个大坑。得会电子电器的知识,得知道些射电天文学基础,得有良好的动手能力(毕竟你买不到现成的射电望远镜),关键还得有钱有时间。

嗯,祝题主玩的愉快~ 玩业余射电天文的极少,题主加油!


===== 看到这里的是好人,彩蛋,关于成像观测 ==========
谁说射电天文不能成像的?谁说成像一定得高分辨率才行的?
银河那么大,弄个银心附近射电图像没啥问题(前提是你望远镜灵敏度不能太差)。
上面说到的两个方案,都是只有一个接收机,也就相当于一个只有一个像素点的相机感光器。
像素点少不要紧,我们可以通过拼接来弄出一张图来。专业的射电天文观测很多也是通过扫描观测来拼成一张射电波段图像的。不过为了扫出一张好图像,题主得给电视锅加驱动装置才行。驱动装置这个坑比较小,电视锅不大,用商业化的光学望远镜跟踪装置就行了。

附上祖师 Grote Reber 自制的射电望远镜及银河射电图:
http://image2.qiniudn.com/26682-4a14f31b5268789f43b99b6437ea970f
图片来源: https://pic2.zhimg.com/cb357be9e8d2348d61932e924be90d21_b.png
图片来源: nrao.edu 的页面

http://image2.qiniudn.com/26682-bfce51f95d007189d565b67d4b89a50b
图片来源: https://pic4.zhimg.com/0bb6af41a96fcc8c34bb5b3a24229d53_b.png
图片来源: Chandra :: Chronicles :: The Discovery of Cygnus A :: January 31, 2001
这是一个很严肃正经的数学问题。
我这里给出严格数学意义上的归纳。你看完之后,会发现其实四维空间没有你想象中的复杂,要理解4维的球形并不是不可能。
你看不到不代表它不存在,更不代表我们想象不到;18世纪被提出时就被认为无稽之谈的四维几何 在爱因斯坦提出相对论之后... 显示全部 »
这是一个很严肃正经的数学问题。
我这里给出严格数学意义上的归纳。你看完之后,会发现其实四维空间没有你想象中的复杂,要理解4维的球形并不是不可能。
你看不到不代表它不存在,更不代表我们想象不到;18世纪被提出时就被认为无稽之谈的四维几何 在爱因斯坦提出相对论之后,越来越有实际应用价值。
在这里并没有引入除公设公理之外任何的假设,整个数学大厦的构建依靠的基础就是如此简单,高维空间也不例外。如果你能够在一张二维纸上具象三维物体,我就能引导你在一本三维“书”上具象四维。
[quote][b]某维空间的球( Hypersphere )可以看成该维度空间内所有到某一固定点小于等于相同距离的点的集合 。 http://image2.qiniudn.com/26682-591efbc86d39d9ba264ae82f1d6dcec8
https://pic1.zhimg.com/528ab599b59732c048d07da0fa19d230_b.jpeg

空间内的封闭可以是不规则图形,如果用最简单的圆形封闭,本句可作为该问题的答案,但要如何理解呢?四维空间里,就算是最简单的图形,解释起来也要花点功夫。

开始前,首先要明确四维空间的定义。
少数人认为“第四维就是时间”,是的,这是 四维时空 的第四维,但不是 四维空间 的第四维。详见 四维空间为什么不是三维空间加上时间? - 视限的回答
Part 1:关于四维球
为方便记述,记该点为原点,建立欧氏几何直角坐标系(其实建立球坐标系描述要简单得多,但为更多人所理解,此处用大家熟悉的欧几里得空间建系)。相同距离设为1。在n维空间就有n个任意两个互相垂直的坐标轴。

所以在一维空间,球的边缘只有两个点,-1,和1。
没错,一维球在我们三维空间来看就是一个线段,虽然可能感觉很奇怪,但从定义上(x²
匿名用户

回答了问题 2016-10-31 23:115 个回复 不感兴趣

牛顿摆的理论解释是什么?

赞同来自:

这个装置叫牛顿摆[1]。
我不确定提问者是否是因为想到了以下这点才提问的,
不过看到其他回答后,发现大家都没动笔,所以我觉得值得指出一下:

@郑磊 同学的疑問是有道理的(但是计算有错误)。
动量守恒和能量守恒列出的方程组,事实上 有无数个解。
我们看到的实... 显示全部 »
这个装置叫牛顿摆[1]。
我不确定提问者是否是因为想到了以下这点才提问的,
不过看到其他回答后,发现大家都没动笔,所以我觉得值得指出一下:

@郑磊 同学的疑問是有道理的(但是计算有错误)。
动量守恒和能量守恒列出的方程组,事实上 有无数个解。
我们看到的实验现象是其中 一个可能解,并不是唯一解 。
只有 不合理地假设 “球与球不接触“,这个解才是合理的。
修改一下题目,难点就明显了:
假设第一个球质量是其他球的两倍,实验結果会如何?

至于为什么最后实验結果是我们看到的这样, 目前科学并不是非常清楚 ……
我高中时对此有过疑問,本科时找到一篇文献,其中做了一堆实验,定义了新的材料属性,对弹性波等进行了复杂的定性分析。

所以我认为,如果提问者是个学生,只需知道这个实验体现了动能和能量守恒即可。
如果考试时要你计算出这个实验結果,并且没有假设球和球之间没有接触的话……
那只能说是 中国教育的悲剧 ,因为两个球以上的情况, 根本算不出来 。
===
“球与球不接触“的具体定义[1]是:两球相互压缩过程中,不压缩另一边的第三球。
对于钢球,这个条件意为球与球之间有大概20微米的间距,所以钢球的实验結果不错。
对于橡胶球(100g 1m/s),就需要球与球之间有大概半毫米的间距,才叫不接触。
如果不满足这个条件,二撞三的情况下,第五个球被撞起的动能可达第四个球的两倍。
完整的解这个系统,还需要知道材料的可压缩性,列出额外的方程。

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Newton_Pendulum
匿名用户

回答了问题 2016-10-31 23:1110 个回复 不感兴趣

粒子对撞机是如何保证两个粒子能撞在一起?

赞同来自:

@pam phy 和 @哈哈哈 先生已经把散射的概念和反应的空间尺度讲清楚了,我来补充一点图吧,直观一点。

的确,基本粒子在微观尺度下不再是经典粒子,也就是说不再具有「轨迹」这个东西。类似下面这种图,都只是示意图:
http://image2.qi... 显示全部 »
@pam phy 和 @哈哈哈 先生已经把散射的概念和反应的空间尺度讲清楚了,我来补充一点图吧,直观一点。

的确,基本粒子在微观尺度下不再是经典粒子,也就是说不再具有「轨迹」这个东西。类似下面这种图,都只是示意图:
http://image2.qiniudn.com/26682-589e51d774d520990e7a2a38daefa723
两个单独的粒子,如 https://pic3.zhimg.com/4e88564e43bc4fb325fb7b0685acfa06_b.jpg
两个单独的粒子,如 @pam phy 所说,大概只能在 https://zhihu.com/equation?tex=10%5E%7B-15%7D%5Csim+10%5E%7B-16%7D%5C+m
的空间尺度才能发生「碰撞」。但在真正的对撞机中,承载加速粒子的真空管直径在厘米量级,基本上是不可能让它们相遇的,太空旷了。所以,聪明的你也想到了:让很多粒子同时在管道里运动不就行了嘛!也就是说,把粒子变成「粒子流」,行话叫「束流」(beam)。在一个标准大气压下,一立方厘米的氢气大概有 https://zhihu.com/equation?tex=10%5E%7B19%7D
个氢原子(也就是质子),看起来有戏!简单的说,就是「人海战术」,反应几率太小,那就用巨量的反应粒子来提高反应数量。

「束流」说白了就是把一大堆质子都加速到同样的能量,让它们反向在加速器中跑,然后选取加速管道上一个或者多个点(反应点)让它们对撞,大功告成!但从实验的角度来讲,连续的束流有不少缺点,最重要的一个就是:对粒子探测器来讲,连续的束流意味着连续的对撞,那么你怎么知道探测器上记录下的数据是来自于哪次碰撞?这个对粒子物理学家来说非常重要,因为对撞机实验最基本的第一步,就是要从探测器数据重建一个反应事例,类似于要从犯罪现场的蛛丝马迹,反推罪行发生的一刻究竟发生了什么。连续束流会让 先后 的对撞事例产生的次生粒子 同时 被探测器记录下来,也就意味着理论上你无法分辨 这一个 数据是从 哪一个 事例来的,那这些数据就没有任何意义。

为此,真正的对撞机里,束流其实是很多「团」粒子,按照严格的时间间隔,从次级加速器注入到主加速器管道中的。每一团这样的粒子,叫「团簇」(bunch)。我放个 LHC 的示意图:
http://image2.qiniudn.com/26682-9ba3b0b11d0ddcf2ced485eaf62888d2
图中红色和蓝色是两条相互独立的加速管道,束流就在里面跑圈——注意束流有两个,运动方向是反的。红蓝色交叉的地方就是反应点。橙色的斑点就是团簇。按照大型强子对撞机(LHC)的设计,每一个束流有 2808 个团簇;每一个团簇内部有大约 https://pic4.zhimg.com/1baf69ec2061bf624ceca9bc0c90babf_b.jpg
图中红色和蓝色是两条相互独立的加速管道,束流就在里面跑圈——注意束流有两个,运动方向是反的。红蓝色交叉的地方就是反应点。橙色的斑点就是团簇。按照大型强子对撞机(LHC)的设计,每一个束流有 2808 个团簇;每一个团簇内部有大约 https://zhihu.com/equation?tex=1.15%5Ctimes+10%5E%7B11%7D
个质子;这些质子以近光速运动,换算过来就是,大概每 25 纳秒就会有两个团簇在反应点碰上,其中的 25~30 对质子会发生强碰撞(hard scattering),爆发出生命的大河蟹(见文末图)。当然,这不是巧合,如何让这些团簇里的质子都有相同的能量,如何保证它们在漫长的跑圈过程中(每一批束流在主环里一般需跑上10小时)不分散开并保持严格的间距,如何让两个束流的团簇能同步在反应点碰面,这些都是加速器物理学家和工程师付出巨大努力的结果。

附赠一个小彩蛋:不要被图中团簇蠢萌的椭球形骗了!虽然它叫「团簇」,但实际形状是长这样的:沿着管道的方向长约 http://image2.qiniudn.com/26682-45db66eee61aa8ed89dd335e102a63a0
,可是横截面积是 https://zhihu.com/equation?tex=16%5Ctimes+16%5C+%5Cmu+m%5E2
!这是什么概念?比头发丝还细!也就是说,长达 27 公里的两条 LHC 主环里,每一条里都等距跑着 2808 根反向近光速运动的头发丝!

真正的管道长下面这样子:
http://image2.qiniudn.com/26682-13e58c5e23668491b3a35672b1d789f3
中间那两个小水管就是被抽成真空的加速管,外壁是用铍做的,因为铍是核数最小的稳定金属,可以最大限度减小质子束碰撞到管壁后发生的次生反应。包围在外面的大管子是冷却和供电装置,一些监控探测器也放置在里面。 https://pic4.zhimg.com/7f69f6b65d60f239ea9d8a75c043b747_b.jpg
中间那两个小水管就是被抽成真空的加速管,外壁是用铍做的,因为铍是核数最小的稳定金属,可以最大限度减小质子束碰撞到管壁后发生的次生反应。包围在外面的大管子是冷却和供电装置,一些监控探测器也放置在里面。
***************************************************************************************************************
@Better Wang 纠正:
纠正一点,你照片里面的管道外壁是钢管,不是铍管。铍管只在实验中心附近才用。而且铍对人来说有剧毒,因为原子序数很低,粉尘可以轻易被人体吸收。一般实验开始之前和结束之后,只要不用,马上就收起来。
****************************************************************************************************************
而 LHC 上的反应点也不止一个,有四个:
http://image2.qiniudn.com/26682-5568dc0d6291929850f92238916f7c9b
也就是这两个周长27公里的小水管,会在上图指定的四个地方让各自的束流交会,产生碰撞,并被安装在反应点的探测器记录下碰撞的数据。 https://pic1.zhimg.com/99390f9cd9677f8e994b16178a875554_b.jpg
也就是这两个周长27公里的小水管,会在上图指定的四个地方让各自的束流交会,产生碰撞,并被安装在反应点的探测器记录下碰撞的数据。

那么,你可能会问,这是两个独立的真空管,怎么把质子束放出去?很简单啊,在反应点,让两根管子合并成一根不就可以了么!离开反应点后再重新分成两根即可,就像下面的图一(上图):
http://image2.qiniudn.com/26682-e15830f4a05a4e8e1918aaf53f25f31b
忽略文字,对照图一,你可以想象蓝色的束流从左向右,红色的束流从右向左,重合部分中间的黑点就是反应点,这样束流在对撞后就各回各家各找各妈,是不是很机智?但是这个方案有个小缺点,就是上图所示的「Undesired Collision Points」—— 在真正的反应点前后,两个束流会产生额外的碰撞!因此,对撞机上的束流都会在反应点采用「交会角」设计:让两个束流以一定角度交会,避免不必要的碰撞。这个方案就是上面图二的设计, https://pic3.zhimg.com/89b81c409c5ce646091fced463ee1f96_b.jpg
忽略文字,对照图一,你可以想象蓝色的束流从左向右,红色的束流从右向左,重合部分中间的黑点就是反应点,这样束流在对撞后就各回各家各找各妈,是不是很机智?但是这个方案有个小缺点,就是上图所示的「Undesired Collision Points」—— 在真正的反应点前后,两个束流会产生额外的碰撞!因此,对撞机上的束流都会在反应点采用「交会角」设计:让两个束流以一定角度交会,避免不必要的碰撞。这个方案就是上面图二的设计, http://image2.qiniudn.com/26682-4fe30945729226bf65badb4c21e6df5b
就是交会角。

题主问了一个很好的问题:
就算使用大量的粒子,也很难保证电子这么小的粒子能准确对撞吧? 没错,尽管每个团簇有惊人的质子数量,在渺小的粒子眼中,空间依然十分空旷,生命的大河蟹的爆发依然太难……因此,聚焦技术应运而生。其实,在三维世界中,束流在反应点前后的完全态长这个样子:
http://image2.qiniudn.com/26682-8665936f339d7d3b3d24a2a49583a272
这个是计算机模拟的束流图,那花花绿绿的两个圆筒就是夸张化了的团簇的样子(还记得头发丝吗?)利用磁场,两个肥胖的团簇会被逐渐聚焦,然后刚好在反应点达到最大密度,这样就可以在有限的空间里尽可能塞进更多的质子,进一步提高碰撞概率。顺便说一句,团簇之所以扭得这么反人类,是因为它们需要用强磁场约束来维系一定的形状,而精确的磁约束形态控制是很难,很难,很难的(因为重要所以说三遍),因此有碍观瞻就顾不上了。 https://pic3.zhimg.com/082b0789380ccae6dfdfc63bb6ebd746_b.jpg
这个是计算机模拟的束流图,那花花绿绿的两个圆筒就是夸张化了的团簇的样子(还记得头发丝吗?)利用磁场,两个肥胖的团簇会被逐渐聚焦,然后刚好在反应点达到最大密度,这样就可以在有限的空间里尽可能塞进更多的质子,进一步提高碰撞概率。顺便说一句,团簇之所以扭得这么反人类,是因为它们需要用强磁场约束来维系一定的形状,而精确的磁约束形态控制是很难,很难,很难的(因为重要所以说三遍),因此有碍观瞻就顾不上了。

物理学家做的所有这些,总结起来就是一句话: 尽可能 在有限的反应空间里塞进更多的粒子,并在漫长的数据积累中累积小概率发生的碰撞事例 。至于具体哪两个粒子会发生反应,那就看缘分了……

最后,放四张 LHC 上四大探测器的事例重建图镇楼:
CMS 探测器:质子对撞产生的一个希格斯粒子事例(4-muon candidate)
http://image2.qiniudn.com/26682-7f876d66aab22ee646c7c268afcb97eb
https://pic2.zhimg.com/d1f95fbe3b604e9ab1741e5a8ed7b195_b.jpg
ATLAS 探测器:质子对撞产生的一个希格斯粒子事例( http://image2.qiniudn.com/26682-5a7b530a07fcdc313a4d672c1e8e4b87
candidate)
http://image2.qiniudn.com/26682-f6dbfb56c08560d130458e8d6b769235
https://pic1.zhimg.com/86f999677053e6deadcb091b028f670c_b.jpg
ALICE 探测器:铅离子对撞产生的夸克-胶子等离子体事例(除了加速质子,LHC 也可以加速铅离子)
http://image2.qiniudn.com/26682-bb93c65afcff35c32b2050b026e7d705
https://pic4.zhimg.com/b4bfd59e7106570963e7267d7061ba5f_b.jpg
LHCb 探测器:一个质子-铅离子对撞事例(这是个固定靶探测器,所以粒子径迹长得不一样)
http://image2.qiniudn.com/26682-164181694d04ed1d6bca7ee62c3d2fc8
https://pic2.zhimg.com/d60b813256aa9005d05fa97e2948d205_b.jpg
Aren't they beautiful?

--
[1]: Taking a closer look at LHC
[2]: Look at Accelerators
[3]: LHC collisions
其实一直都不很清楚题主的问题到底在哪里,我且写答案,欢迎题主评论。


讨论晶体生长过程,一定要分清楚讨论的是平衡态还是非平衡态、生长相是溶液还是熔融物之类的条件。

熔融物中生长晶体,由于熔点附近会出现 surface roughening,各个晶面的界面张... 显示全部 »
其实一直都不很清楚题主的问题到底在哪里,我且写答案,欢迎题主评论。


讨论晶体生长过程,一定要分清楚讨论的是平衡态还是非平衡态、生长相是溶液还是熔融物之类的条件。

熔融物中生长晶体,由于熔点附近会出现 surface roughening,各个晶面的界面张力(比界面能)趋于平均化,因此长出来的往往是球状、圆柱状等,如提拉法生长的硅晶棒,切割后即为 晶圆 。

(饱和溶液、饱和蒸汽)平衡态得到的晶体形状,大致可以用 Wulff construction 解释,简单说来就是界面张力高的晶面生长的快(赶紧覆盖掉好降低整个体系能量),最终往往消失为尖角;界面张力低的晶面(一般是低指数晶面)生长的慢,往往保留在最终的晶体外形中。这个也许是题主说的“平面界面能小,尖角界面能大”。

而枝晶( Dendrite (crystal) )是非平衡生长的产物,如果在熔融体中,产生原因应该就是如 @郭镇安 和 @Solid XIE 所言的温度梯度;如果是在蒸汽或溶液(通常非饱和,至少局部非饱和)中生长,一般是由于 Diffusion-limited aggregation ,简单来说,一个自由分子 / 原子 / 离子扩散过来,被某个“树枝”抓住的概率远大于曲曲折折的扩散进枝晶深处的概率,结果就是晶体一直树枝状的生长下去。下图是个数值模拟结果:
File:Of7 p0001 15h.jpg

如果把枝晶扔回饱和溶液 / 饱和蒸汽放个十天半月,可能会重排成符合 Wulff construction 的、具有晶体外形的单晶。已经乱糟糟长成了一块的除外,比如金属。

==================更新====================
我一直不太区分 interfacial tension 和 interfacial energy ,现已把所有 interfacial tension http://image2.qiniudn.com/26682-b8008f1b221a23a35ba6e5a8c6c47cb6
改为“界面张力”。
匿名用户

vacuumcat 回答了问题 2016-10-31 23:1110 个回复 不感兴趣

什么叫做量子点?

赞同来自:

1.3 最近发现好多人来给我点赞,很开心也很意外。不过这几天在家专职养孩子,可能没时间大更了。看到有朋友提关于量子计算机的问题,我也很想稍微写一点相关内容,也梳理一下我渣到爆的基础知识,不过最近实在脱不开身……让我在软萌模式里再沉浸几日吧!
身为一个有自知之明... 显示全部 »
1.3 最近发现好多人来给我点赞,很开心也很意外。不过这几天在家专职养孩子,可能没时间大更了。看到有朋友提关于量子计算机的问题,我也很想稍微写一点相关内容,也梳理一下我渣到爆的基础知识,不过最近实在脱不开身……让我在软萌模式里再沉浸几日吧!
身为一个有自知之明的学渣,本来不大想在这种问题上班门弄斧,但是隐约觉得排名第一的答案里有些和我所知道的不太一样……稍微提几点@Andrew Shen 君答案中不那么确切的部分吧。
我们通常把量子点分成三类:胶体量子点,自组装量子点和电场约束量子点。其中胶体量子点和自组装量子点是可以发射荧光的,电场约束量子点正常情况下,不经过奇思妙想的设计,不大能发光。
1. 胶体量子点/什么是量子点
很多周围的同学说起量子点,脑子里出来的都是这种美美哒画面,我也喜欢从这里开始给大家讲量子点。
大家看到这些五颜六色的小瓶子了,这些小瓶子里装的其实都是同一种物质的胶体溶液,之所以发光颜色不同,是因为悬在里面的半导体颗粒大小不同。比如说,蓝瓶的那个里面的颗粒会比较小一点,然后从左往右,随着颗粒依次增大,颜色也从蓝色过渡到了红色。这种量子点就是所谓的胶体量子点。

http://image2.qiniudn.com/26682-0a0db3b5c665942fb4450f14db2e4d7d
https://pic2.zhimg.com/d912c4c0c270366baebc925b41e8d5f5_b.jpg
简单的说,如果大家还记得量子力学第一课,一维势阱模型,这里并不难理解。当然,不记得也无妨。总之在这种半导体结构里,物质的长宽高越小,发光的波长就会越短,颜色就越偏近于蓝色。反之则是红色。
说了这么多,总结一句话。作为量子点这种可爱的材料, 你控制了它的大小,就改变了它的能量结构,甚至是化学性质。 于是我们在某些情况下,可以更加方便地控制这些材料的性能。比如说吧,胶体量子点可以用来做显示屏里的发光单元,在这样的情况下,我们就不用再拘泥于RGB了,每一个显色的单元里,红橙黄绿青蓝紫并肩子上也不是问题了!
而这也是“量子点”和“纳米颗粒”这两个概念的根本区别。量子点这种材料,利用的是半导体能级在尺度极小之后的量子化现象,而“纳米颗粒”这个概念更大一点,当物体达到纳米级别,可以发生的事情太多了,比如表面积增大啊,什么什么什么的(学渣嘴脸尽显)。
3.24 to do:最近胶体量子点有个啥突破来着,有空讲。

2. 自组装量子点/自顶向下量子点?
严格意义上来说吧,我觉得自组装量子点跟胶体量子点也没那么大的不同,虽然这个不幸是我的老本行,理论上来说我应该对这一段大说特说。
http://image2.qiniudn.com/26682-937b8cc41388bf1807885e82cfb721c5
https://pic4.zhimg.com/5055de29a0176f5572f862058257e003_b.jpg
胶体量子点是化学合成出来的,漂浮在液体中。虽然每一个小颗粒都像原子一样有着不同的壳层,但想抓住其中的一个认真拷问它作为一个“有分立能级的粒子”的性能,几乎是不可能的。(其实也不算不可能,我们组就做过一些尝试,虽败犹荣……)
3.24更: 貌似能测单个胶体量子点光谱的工作现在还是不难实现的,虽然在我组废柴看来宛如黑科技了。
这个时候自组装量子点就登场了。自组装量子点的生长是典型的自底向上。宛如种庄稼一般。举个特别糟糕的栗子,就像给一个e杯的姑娘穿b杯的bra,自然就挤出了多余的塞不进去的肉,也就形成了三维的微观结构(希望有节操的同行同组全都不要八我是谁啊呜呜呜……)
自组装量子点是长在基片上的。如果把胶体量子点比作一杯珍珠奶茶,自组装量子点就是一张芝麻大饼。芝麻也好,珍珠也好,都是在三个维度上受限的半导体。唯一的本质区别就是,实验中定位一粒芝麻远比定位一粒滚来滚去的珍珠容易的多。
之所以我会把自顶向下量子点也暧昧地列在这一段里,是因为利用刻蚀之类的所谓自顶向下的方式,也能制造出这类的量子点。这一大类量子点的优越性在于 1. 能发光, 2. 便于做有关单个量子点的研究, 3. 易于调教。 所谓调教,一般就是加电场,加磁场,加压力,加更多的激光。其中一些手段自然也是可以用在胶体量子点上的。但是胶体量子点大小不一,又很难捞出一个单个的来玩,所以我们看到它的表现,是成万上亿个群众的共同作用。所以很多只有细微观察才能看到的,个体的经历和内心挣扎,我们是无法看到的……

3. 电场约束量子点
对不起我是搞光学的,对这种不发光的东西不太懂……
呃好吧我还是不傲娇了。电场约束量子点这个东西我的确理解得比较片面。首先,这种量子点也是通过自顶向下的方式制造的。通过在半导体基片上疯狂加电极并且控制电场,我们可以给电子们制造一个温暖的小窝……没有电场的时候,这个小窝是不存在的……
配图如下:
http://image2.qiniudn.com/26682-3db26091b2858355ed1a74b3b340fc26
傅里叶变换后,应该是这幅图: https://pic3.zhimg.com/d287fda1f4af2937bacce1d89a1dd6a2_b.jpg
傅里叶变换后,应该是这幅图:
http://image2.qiniudn.com/26682-4c3b22c46b5e7ec9fdbc98d78c8a19a4
那两个红色的区域,就是对半导体内电子进行三维量子化囚禁的监牢。因为我们只束缚了电子而没有像前两个例子一样同时束缚空穴,这种量子点是不能啪啪啪地发出荧光的…… https://pic3.zhimg.com/b4e508a970cf7733cf1a31203d2227fe_b.jpg
那两个红色的区域,就是对半导体内电子进行三维量子化囚禁的监牢。因为我们只束缚了电子而没有像前两个例子一样同时束缚空穴,这种量子点是不能啪啪啪地发出荧光的……
但是,它的电学性能那是无比精准啊!而且不论是大小位置能级之类的东西,一切都可以做到完美啊!谁叫它是用电场束缚的呢?
所以,当人们谈起量子计算,谈起的是它,而不是会发光又很乖不爱乱跑的自组装量子点……

关于这几种量子点到底哪种更便宜的问题,我不大想说。大家都知道,为了发顶级文章,我们最好可以无所不用其极地使用变态的昂贵的方法制造量子点,但是,如果我们没有设备没有条件,我们也可以做一些性能比较挫的样品,然后强调它易于制备,经济性能好。说来说去,我们最终的目的只是简单地为了发文章而已……“便宜”和“表面态影响”,可以说是材料科学界的“早点睡”和“多喝水”。

4. 应用(缓慢更新中)
4.1 量子点显示器
看到一楼问量子点屏幕的事。实话实说我是现场问度娘的。对这个应用方向我第一反应是好啊好啊大势所趋,第二反应是擦胶体量子点不是很不稳定么。
首先量子点显示屏使用的是的确制作成本非常低廉的胶体量子点。它们所取代的传统显示屏的部件,是在液晶显示屏背后的白色LED光。前文有云,调整量子点大小则可轻易得到你想要的颜色。所以,我们可以通过混合不同大小的量子点做出覆盖光谱更广阔,更均匀,更美丽的白光。而用这种量子点发出的白光作为背光,我们可以让显示屏的效果更拔群。
这种技术本身并不前沿,仅仅是用量子点的白光替代了LED的白光,主要的槽点是1)量子点制备过程不干净,里面有残留的重金属毒素怎么办(已经在解决); 2) 胶体量子点寿命有限怎么办(大家好像都在回避这个问题)。考虑到这两点,如果你对色彩的饱和度没有特别的追求,我觉得没什么必要急着出手。
以下这篇报道说得听清楚,我就不复制粘贴了。
http://wechat.fingerdaily.com/forum.php?mod=viewthread&tid=17368&mobile=2

5. 跋
3.24 这个答案慢慢拿了一些赞,所以我也不便再继续卖萌了。感谢看答案的各位特别是提意见的各位。因为时间有限,更新会非常缓慢和低质量。但大家的观点我都有看,也学到了很多。以后如果有机会我会接着添油加醋,依然会保持现状,不全面,不权威,不严谨。谢谢大家!
匿名用户

ChopinJan 回答了问题 2016-10-31 23:1110 个回复 不感兴趣

经典力学中有哪些违反直觉的现象/实验?

赞同来自:

进动在经典力学中还算是“显然”的,相比之下,非完整力学中的一些现象就非常不显然了。我刚刚在整理非完整力学的资料,其中提到了几个“非完整(力学)玩具(nonholonomic toys)”,谁知道这些"玩具"对应的中文名是啥?

snake... 显示全部 »
进动在经典力学中还算是“显然”的,相比之下,非完整力学中的一些现象就非常不显然了。我刚刚在整理非完整力学的资料,其中提到了几个“非完整(力学)玩具(nonholonomic toys)”,谁知道这些"玩具"对应的中文名是啥?

snakeboard(蛇形滑板)
http://image2.qiniudn.com/26682-24162effc9b312b8494579196a31c9b2
https://pic1.zhimg.com/aca2485848d0209beb922a41db362808_b.jpg
原理解释: https://www.youtube.com/watch?v=-q-YNe_XwLw
进一步阅读:
[1] Kobilarov, M., Martín de Diego, D., Ferraro, S.: Simulating nonholonomic dynamics. Bol. Soc. Esp. Mat. Apl. SeMA 50, 61–81 (2010)
[2] León, M., Marrero, J.C., Martín de Diego, D.: Linear almost Poisson structures and Hamilton–Jacobi equation. Applications to nonholonomic mechanics. J. Geom. Mech. 2(2), 159–198 (2010)

PlasmaCar
http://image2.qiniudn.com/26682-4568bc20e977b2f5dccb33b631e0752b
https://pic3.zhimg.com/ac4303c2af55f15311758372c4244492_b.jpg

原理:
[quote]The PlasmaCar design includes six wheels, but only four touch the ground. ... The next set of wheels of the PlasmaCar are attached to the steering wheel by a lever, in such a way that they are located behind the axis of rotation of the steering column (驾驶杆). The torque (扭力) applied to the steering wheel causes a lateral friction force by the wheels on the ground, a force parallel (平行) to the axle and perpendicular (垂直) to the direction the wheels are rolling. If a component (分量) of this force points to the back of the car, the reaction force of the ground on the car (by Newton's "action/reaction" law) points partly forward and accelerates the car. This is the force that drives the car forward and it ultimately comes from the force exerted on the handlebars. (维基: [url=https://link.zhihu.com/?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/PlasmaCar]PlasmaCar ) 进一步阅读:
[3] A.M. Bloch, P. S. Krishnaprasad, R.M. Murray : Nonholonomic Mechanics and Control
(这两个比较常见,可能大家都不觉得反常了,我就不多说了。其实里面的力学原理并不简单,比如它们为什么能够向前运动。有兴趣的见文献。这两个我点到辄止。)

rattleback / wowblestone / celtic stone (凯尔特魔石)
http://image2.qiniudn.com/26682-cdafed269a8b71977d3994e5ff8c895f
(视频: https://pic2.zhimg.com/356bb2fa18cae0d634af3cf3ac2ff409_b.jpg
(视频: Rattleback_土豆 )
[quote]A rattleback is a semi-ellipsoidal top which will rotate on its axis in a preferred direction. If spun in the opposite direction, it becomes unstable, "rattles", stops and reverses its spin to the preferred direction.(维基: [url=https://link.zhihu.com/?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Rattleback]Rattleback )
大意:rattleback 是一光滑的舟形的塑料块,如果往“正方向”拨动 rattleback,它会转得非常自然; 如果往反方向拨动,那它转得不稳定,并逐渐停下,然后逆转。
原理:
[quote]The spin-reversal motion follows from the growth of instabilities on the other rotation axes, that are rolling (on the main axis) and pitching (on the crosswise axis). When there is an asymmetry (不对称) in the mass distribution (质量分布) with respect to the plane formed by the pitching and the vertical axes, a coupling of these two instabilities arises; one can imagine how the asymmetry in mass will deviate the rattleback when pitching, which will create some rolling.(维基: [url=https://link.zhihu.com/?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Rattleback]Rattleback ) 进一步阅读:
[4] Bondi, H.: The rigid body dynamics of unidirectional spin. Proc. R. Soc. Lond. A 405, 265–274 (1986)
[5] Moffatt, H.K., Tokieda, T.: Celt reversals: a prototype of chiral dynamics. Proc. Royal Soc. Edinb. 138, 361–368 (2008)
[6] V.Ph. Zhuravlev and D.M. Klimov, Global motion of the celt, Mechanics of Solids, 2008, Vol. 43, No. 3, pp. 320-327.
[7] G. Kudra, J. Awrejcewicz, Application and experimental validation of new computational models of friction forces and rolling resistance, Acta Mechanica, 2015
补充:
刚刚发现知网上有个简单的力学解释, 适合理科生阅读: 凯尔特魔石的力学原理

tippe top
http://image2.qiniudn.com/26682-79234b067da0cd5722b1bf8ea6d61810
(视频: https://pic3.zhimg.com/b681b87ca170e85d217b185c273d74ee_b.jpg
(视频: Tippe Top Demonstration.flv )
[quote]A tippe top is a kind of top. When a tippe top is spun at a high angular velocity, its handle slowly tilts downwards more and more until it lifts the body of the top off the ground with the stem pointing downward. As the top's spinning rate slows, it loses stability and eventually topples over.(维基: [url=https://link.zhihu.com/?target=http%3A//en.wikipedia.org/wiki/Tippe_top]Tippe top ) 大意:tippe top 是一种陀螺,如果柄朝上地旋转 tippe top 时,它的柄会随着转动逐渐向下,最后整个地翻转过来,变成上图右边的样子。
原理:
https://fabilsen.home.xs4all.nl/tippe-top.pdf

btw, 尼尔斯·玻尔(Niels Bohr) 在晚年时还和 沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli) 一起玩过这玩具, 有图为证:
http://image2.qiniudn.com/26682-f0f5bedfc88755b6c1c8ad4165ad38a0
https://pic4.zhimg.com/bd787f24c6bf2a1f32938172e94100fb_b.png
上图引自: Anthony M.Bloch, Jerrold E.Marsden, Dmitry V.Zenkov: Nonholonomic Dynamics

(插一句, 一天回来多了30个赞, 好开心~^.^~在睡前我随手更新多一个吧, 顺便添加视频)

Euler's disk(欧拉盘)
http://image2.qiniudn.com/26682-ffd671f38d4bea695ba385085f652892
https://pic2.zhimg.com/83094e18e9aeb26f2648ecbcc7a41641_b.png
(具体见视频 奇妙无比的欧拉盘(Euler 视频 )
我们都玩过在桌面上旋转硬币。一个硬盘在歪歪斜斜地旋转几周之后总会平躺下来。假若此时的硬币与桌面都是(接近)光滑的,那么硬币的运动将会十分有趣(反常)。这就是欧拉盘所展示的现象。当真的是绝对光滑时,硬币会周期性地永远运动下去。但是!当条件是有摩擦时,这就非常难用力学来解释了。剑桥大学的 Keith Moffatt 因为研究这个问题而发了篇 Nature,但是很快就受到了质疑。(维基: Euler's Disk )

========_(:з」∠)_=======
看来要破200了。很多人问原理是啥,其实其原理都能在维基百科和“油土鳖”中找到,因为最近比较忙我就不贴出翻译了。知乎er 请自行出门左转进维基,右转进油管(YouTube)。(不会进油管还好意思自称知乎er?)我贴出的文献适合有一定数学物理基础的人阅读。

========_(:з」∠)_=======
顺手再补充一个:

Foucault pendulum(妇科摆... 啊不! 是 傅科摆)
http://image2.qiniudn.com/26682-9a806405f2f9254cc4e8aae4b9181b33
https://pic2.zhimg.com/09cec1930bcfe71c719100d310a2c6e9_b.jpg

其实这就是个巨型单摆,很多科学馆天文馆都会有。出奇的地方在于当年 Foucault 用它来证明地球自转。因为地球是运动的,所以摆的轨迹就不是一条简单的圆弧。维基 Foucault pendulum 中有一幅动画解释得很好。
btw: Foucault 是位科学上的牛人。他发明的检测透镜的方法使用至今。在晚年时把他光速测到 298,000 km/s,误差约0.5%,这还是在1862年。
匿名用户

章鱼喵 回答了问题 2016-10-31 23:1410 个回复 不感兴趣

地球为什么自转?

赞同来自:

比较常见也是比较容易想到的解释大致就是角动量守恒,但是本身这个理论体系应该没有足够确凿的证据。即使在星云模型下面从开始推导到地球自转,估计也不是一件容易的事情,即使我们知道就是依据角动量守恒。

大致的想一下,做诸多近似之后,描述应该如下:
在圆轨道上运行的球... 显示全部 »
比较常见也是比较容易想到的解释大致就是角动量守恒,但是本身这个理论体系应该没有足够确凿的证据。即使在星云模型下面从开始推导到地球自转,估计也不是一件容易的事情,即使我们知道就是依据角动量守恒。

大致的想一下,做诸多近似之后,描述应该如下:
在圆轨道上运行的球体,假设开始存在轨道共振(比较合理的近似,因为可以认为开始时整个星云各个半径上角速度近似相同),如果该轨道上的球体体积缩小,由于角动量守恒,角速度加快,所以自转角速度与公转角速度开始不同。这样极其粗略的看一下,后来行星稳定态的角速度主要与初始态的质心公转轨道半径和体积缩小倍数以及组成成分(密度分布)有关…… 不考虑天体间相互作用的话……

这些角动量存在的原因我不知道。
有些产生于暴涨时期,有些可能是后期的扰动。具体的原因不知道。一般为了保险起见,都是用些通用的经典近似来处理。经典处理时,部分来自于自旋扰动(最早的讨论大概是E. R. Harrison, 1970)。
匿名用户

猪小宝 回答了问题 2016-11-09 16:1310 个回复 不感兴趣

迈锐宝是怎么做到承重 15.6 吨的?

赞同来自:

做实验就要有实验标准,否则容易各说各话,以己之长攻人之短,没有太大的参考价值。

就好像这个汽车车顶抗压的实验,可以用这种大集装箱,也可以用小一号的集装箱,可以集装箱两边有滑轨支撑,也可以在集装箱底下放可上下移动的支座,可以加载速度快,也可以加载速度慢……不同... 显示全部 »
做实验就要有实验标准,否则容易各说各话,以己之长攻人之短,没有太大的参考价值。

就好像这个汽车车顶抗压的实验,可以用这种大集装箱,也可以用小一号的集装箱,可以集装箱两边有滑轨支撑,也可以在集装箱底下放可上下移动的支座,可以加载速度快,也可以加载速度慢……不同的实验设计,肯定会有不同的实验结果,也会带来不同的实验结论。为了能够互相比较,就必须要有统一的实验标准。

为什么要测试车顶抗压的承载力呢?因为汽车发生事故侧翻的时候,车顶一侧会着地,与地面发生撞击,所以车顶必须具有足够的承载力,不能变形过大,更不能裂成碎片,让乘客彻底失去保护。专业的赛车有专门的防滚架,普通的民用车没有防滚架,但是整个车顶要有足够的刚度和承载力,在汽车翻滚的时候对乘员提供足够的保护。

有没有关于这个测试的行业标准呢?可能目前还没有成文的像 ASTM 那样的测试标准,但是目前至少在美国市场,IIHS 的测试的公平性和权威性还是很有保证的。NHTSA 对车顶的抗压能力有明确的要求: Federal Motor Vehicle Safety Standards; Roof Crush Resistance ,而目前 IIHS 的测试也是按照这个标准来的。

IIHS 的测试是怎么做的呢?一个千斤顶,以固定的角度挤压车顶一侧,直至车顶发生5英寸的变形为止。整个过程中施加的最大的力,也就是这款车的车顶抗压能力。

实验开始时的状态是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-d85dd1af51f2c86c6d5d88b1ced91c1e
https://pic3.zhimg.com/8e603946918c57164e79defa1147569e_b.jpg
实验结束之后,千斤顶回到原来的位置,被测试的汽车的状态是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-aa554ef2f4f35419823c75a3401f5e58
https://pic1.zhimg.com/2d887778adb2e6850abc60c0f0f966a4_b.jpg

在 IIHS 的标准测试下,迈瑞宝的表现如何呢?2013款的 Malibu 成绩是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-369ec675e45bd5b5e6d86e5579e84581
最大受力 18721 磅,相当于 8.49吨。自重3583磅,相当于1.62吨。承载力跟自重的比值是5.22,成绩相当不错。 https://pic1.zhimg.com/90759a520e750d639bd2ba02438bc700_b.jpg
最大受力 18721 磅,相当于 8.49吨。自重3583磅,相当于1.62吨。承载力跟自重的比值是5.22,成绩相当不错。

为什么要换算成承载力和自重的比值呢?因为一般情况下,撞击侧翻施加在车顶上的都是惯性力,惯性力的大小直接取决于车的重量。简单说,同样的速度,同样的加速度,小迷你侧翻跟大卡车侧翻产生的撞击地面的力是完全不同的。也就是说,虽然卡车比迷你要「结实」,但是卡车撞击地面产生的力也大,所以不见得就比迷你情况好。像姚明这样的内线长人反而更容易受伤,其实也是同样的道理。在车速一定的情况下,汽车车顶要承受的侧翻时候的惯性力,等比例与汽车自身的重量。所以承载力与自重的比值,是最直观的衡量所谓车顶「结实程度」的指标。

在同样的测试标准下获得的实验数据,这才有相互比较的意义。IIHS 认为这个比值大于 4 的,车顶抗压能力就算是优秀;大于 3.25,认为可以接受;小于 2.5,就是差到了危害乘客安全的程度。

我们可以顺便看看不同车型的比较:
2012款大众帕萨特,车顶承载力9.34吨,自重1.48吨,比值6.32。
2011款道奇Charger,车顶承载力9.87吨,自重1.84吨,比值5.37。
2010款奔驰C300,车顶承载力8.54吨,自重1.59吨,比值5.36。
2015款斯巴鲁Legacy,车顶承载力8.41吨,自重1.57吨,比值5.36。
2013款雪佛兰Malibu,车顶承载力8.49吨,自重1.62吨,比值5.22。
2014款马自达6,车顶承载力7.61吨,自重1.46吨,比值5.21。
2015款现代索纳塔,车顶承载力7.73吨,自重1.49吨,比值5.19。
2015款迷你Cooper,车顶承载力6.14吨,自重1.19吨,比值5.15。
2012款宝马335,车顶承载力7.95吨,自重1.59吨,比值4.98。
2012款沃尔沃S60,车顶承载力8.01吨,自重1.62吨,比值4.95。
2013款本田雅阁,车顶承载力7.22吨,自重1.47吨,比值4.92。
2012款丰田凯美瑞,车顶承载力6.87吨,自重1.44吨,比值4.78。
2015款克莱斯勒200,车顶承载力7.41吨,自重1.56吨,比值4.74。
2010款奥迪A4,车顶承载力7.35吨,自重1.60吨,比值4.60。
0,科学家也曾经想过超导状态下电阻是不是太小以至于那些测量仪器测不出,所以他们用一个超导线圈通电后运行一年在去测量其电量,如果有极小电阻,那样样应该会损失一部分电能,结果发现测量数值没有变化,这就证明了超导体电阻为零

看太久都忘得差不多了,只记得大概,连时间... 显示全部 »
0,科学家也曾经想过超导状态下电阻是不是太小以至于那些测量仪器测不出,所以他们用一个超导线圈通电后运行一年在去测量其电量,如果有极小电阻,那样样应该会损失一部分电能,结果发现测量数值没有变化,这就证明了超导体电阻为零

看太久都忘得差不多了,只记得大概,连时间都写错了

所以我再找了一下,那个实验是这样的:卡茂林-昂尼斯发现超导电性以后,继续进行实验,测量低温下电阻是否完全消失。卡茂林-昂尼斯把一个铅制圆圈放入杜瓦瓶中,瓶外放一磁铁,然后把液氦倒入 杜瓦瓶中使铅冷却成为超导体,最后把瓶外的磁铁突然撤除,铅圈内便会产生感应电流并且此电流将持续流动下去,这就是卡茂林-昂尼斯持久电流实验。许多人都 重复做这个实验,其中电流持续时间最长的一次是从1954年3月16日到1956年9月5日,而且在这两年半时间内持续电流没有减弱的迹象,液氦的供应中 断实验才停止。持续电流说明超导体的电阻可以认为是零。后来,费勒和密尔斯利用核磁共振方法测得结果表明:超导电流衰变时间不少于10万年。
作为一个前 电厂工人,不懂超导和低温物理,来凑凑热闹。
首先说1公里也就是步行十几分钟的路程,是比较短的,应该算试验性的。
再者,不知各位对输电线的概念是不是只是那种铁塔上的架空线,其实,下面两种也是输电线。
下图是GIC(气体绝缘导体),那些大管子是密封的,... 显示全部 »
作为一个前 电厂工人,不懂超导和低温物理,来凑凑热闹。
首先说1公里也就是步行十几分钟的路程,是比较短的,应该算试验性的。
再者,不知各位对输电线的概念是不是只是那种铁塔上的架空线,其实,下面两种也是输电线。
下图是GIC(气体绝缘导体),那些大管子是密封的,里面充有几个大气压的SF6(六氟化硫,是一种绝缘性很好的气体),导电体也在管子里。
http://image2.qiniudn.com/26682-2dadea6a5c4559eb76e697a4b50a3839
https://pic4.zhimg.com/66e394f50ffbe3ceadb27613a2097bff_b.jpg
(图片来源: 晋东南(长治)站扩建工程1000kV GIS 167个安装单元全部顺利完成 )
下面这种是充油电缆,其实也是一种橡胶的管子啦,只是里面充的不是气体,而是绝缘油。 http://image2.qiniudn.com/26682-4349fa0cee47a517853397a49a16932e
(图片来源: https://pic1.zhimg.com/2824d94edd825fd3b67e311e0b6efee4_b.jpg
(图片来源: 中国核工业第五建设有限公司 )
而超导电缆,无非给管子里充上液氮啦。
当然实际上没这么简单,但估计大家也看出来了,工程师们为了达到目的是不择手段的,只要技术可行,成本合算就ok。
****************************************************
输电要解决的是减少线路的损耗(称为线损),而损耗和电流大小有关。简单的说,传输一定容量的电能,电压越高,那么电流就越小,损耗也就越小。所以目前的思路是高压输电。上面的GIC和充油电缆都是为了解决高电压的绝缘问题。
电压等级越高,绝缘材料占输电设施成本的比例就越高。上面两个图都是电厂或变电站的设施,而城市供电,电压等级没有那么高,一般是110kV或几十kV,在这种等级下绝缘还是比较容易的。
但超导体没有损耗,高压输电方案就需要调整了,应该尽可能使用大电流(以前看过有文章说超导体的载流也是有上限的,否则会破坏超导性)。
****************************************************
根据 @隔壁子 提供的资料,超导体是特种陶瓷,感觉上应该不会做成“电缆”这种形态的,毕竟电缆是可以打弯儿的,应该会做成GIC那种。
我设想的是超导的陶瓷本身就是一个管子, 里面流通冷却的液氮 ,外面再套有一层屏蔽层,最后是一层物理保护层,各层间都有隔热填料或其它隔热措施,还有电气绝缘,“电缆”两端还有补充液氮的装置,跟充油电缆类似。
现在的隔热技术基本可以把 维持低温的 这项损耗降低到可以工程实用,所以“ 维持这样的低温环境本身就是一件极其耗能的事情 ”应该是不成立的。
除了超导材料外,低温下的密封和材料强度也是工程上需要考虑的问题。
至于液氮的成本,百度 一下,原来 才几块钱一升, 真是如 @晓海Tony 说的,是可乐价了, 比绝缘油和SF6便宜多了。除了投运开始注入的液氮,如果密封和隔热做好的话,运行中需要补充的液氮不会太多。
超导“电缆”本身的成本应该是大头,对试验性的项目,为了在积累技术,这部分是可以适当多花点钱的,以后可以大规模生产降低成本。
但运营成本一定要比现有技术低,至少要相当,毕竟至少要用二三十年,运营成本也是相当可观的,这部分成本包括电网的线损( 维持低温消耗的能量也算到线损里去 ),线路的维护费用,故障造成的损失等。
如果液氮温度的超导输电成本划算的话,就不一定要等到 实现了 室温超导技术再大规模应用。
但是。。。
我想液氮温度的超导输电成本是不会比现有输电技术低太多的,得到室温超导阶段才会有显著优势。
但超导材料如果是陶瓷的话,工程上就不如金属(铝钢绞,铜缆)那样容易铺设,会限制长距离输电的应用。也许将来会有类似光纤做成光缆那样结构的来解决这个问题。或者像西气东输那样直接铺管子。
谁知道呢。
瞎说一通,匿了吧
ps:至于超导输电的稳定性,要考虑退出超导后的功率(称为潮流)分配问题,所以一定要有备用(常规或超导)输电线
匿名用户

回答了问题 2017-03-30 09:0610 个回复 不感兴趣

熵增是否和引力相矛盾?

赞同来自:

题主的论述虽然不严格, 但直觉很对. 熵增, 或者说热力学, 确实和引力不相容. 这实际上也是人们反驳所谓宇宙" 热寂 "的一个重要论点.

自引力系统, 即 http://image2.qiniudn.com/26682-237a49... 显示全部 »
题主的论述虽然不严格, 但直觉很对. 熵增, 或者说热力学, 确实和引力不相容. 这实际上也是人们反驳所谓宇宙" 热寂 "的一个重要论点.

自引力系统, 即 http://image2.qiniudn.com/26682-237a49aa46d8278cc244606438eda7f1
的吸引势的系统, 有一个神奇的特性: 系统的机械能越小, 动能越大. 根据经验我们知道一个人造卫星受地球引力吸引坠入地球, 尽管有空气阻力使人造卫星和地球的总机械能减小, 但人造卫星的速度却越来越快. 做一个简单的推导: https://zhihu.com/equation?tex=F_%7B%5Cmathrm%7Bgra%7D%7D%3D-%5Cfrac%7BGmM%7D%7Br%5E2%7D
, https://zhihu.com/equation?tex=F_%7B%5Cmathrm%7Bcentri%7D%7D%3D%5Cfrac%7Bmv%5E2%7D%7Br%7D
. 二力平衡有动能 https://zhihu.com/equation?tex=K%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dmv%5E2%3D%5Cfrac%7BGmM%7D%7B2r%7D%3D-%5Cfrac%7BP%7D%7B2%7D
, 其中 http://image2.qiniudn.com/26682-ba11eb11ee269b306399c521e0fde90f
是势能. 而机械能 http://image2.qiniudn.com/26682-57ff93a92e536bafb05cd6a14aa1b095
, 则 http://image2.qiniudn.com/26682-dcc7eeace44e140c130f1d6c65f37a45
. 这在物理上对应的是所谓"位力定理"( Virial theorem ).

考虑一团半径为 http://image2.qiniudn.com/26682-cfb2f07d1d0d4f26afc6692b8f206a63
的由大量相互作用为引力的微观粒子组成的气体. 对于气体, 粗略地说, 其微观粒子的动能越大, 在宏观上表现为气体的温度越高, 即 http://image2.qiniudn.com/26682-e6467497e9447c2cae1209e2d4978baa
, 其中 http://image2.qiniudn.com/26682-d5849339d0fed9fd55c37395a1046067
为粒子数, http://image2.qiniudn.com/26682-486ab49a2d6458c67dafbedced80b925
为气体温度. (这在物理上是是所谓" 能量均分定理 ". ) 这样势能 http://image2.qiniudn.com/26682-43721fc80b7d66605e44ee805c661153
. 但注意到势能随着气体半径的增大而增大: https://zhihu.com/equation?tex=P%5Csim+-%5Cfrac%7BN%5E2%7D%7BR%7D
, 结合体积 https://zhihu.com/equation?tex=V%5Csim+R%5E3
, 有 https://zhihu.com/equation?tex=T%5Csim+%5Cfrac%7BN%7D%7BV%5E%7B1%2F3%7D%7D
. 这样我们得到了第一个结论: 自引力气体体积减小, 温度升高!

我们还可以得到 http://image2.qiniudn.com/26682-44f9a20b51b1de607de6b420fa4f97ba
. 气体能量减少, 动能反而增加, 温度升高. 回忆热容的定义: 系统升高单位温度所需要的能量. 因此我们得到第二个结论: 自引力 气体的热容是负的!

如果我们代入理想气体的熵的公式 http://image2.qiniudn.com/26682-006d547dbd707fa6b50fb66279eeb046
, 可以发现 http://image2.qiniudn.com/26682-2445dec92119380871ac103b6eb0766e
. 我们得到第三个结论: 自引力 气体体积减小, 熵减小!

这看起来与热力学第二定律相矛盾. 由于引力的吸引, 气体分子必然自发收缩, 体积减小. 根据我们的第三条结论, 熵是减小的! 而事实上, 宇宙中的星体演化也确实符合我们的计算: 一些恒星核燃料耗尽之后发生引力坍缩. 根据我们之前得到的第一个结论, 坍缩后体积减小, 温度升高, 产生大量的光和热. 这就是超新星爆发的现象.

如何挽救热力学第二定律? 问题的关键在于我们得到的第二个结论: 气体是负热容的. 如果对热力学稍微熟悉就会知道: 负热容系统的平衡态是不稳定的. 稍有涨落, 系统的不均匀性会增加, 不断偏离平衡态. 假设系统处于平衡态, 将系统分成两个均匀的部分 A 和 B. 如果因为热涨落, 在某一时刻 A 将部分能量传给了 B. A 的能量减少, 温度升高, B 的能量增加, 温度降低. 根据热力学第二定律, 热量从高温部分传向低温部分, 这样 A 的能量进一步降低, 温度进一步升高, B 的能量进一步升高, 温度进一步降低. 如此反复, A 和 B 的温差越来越大, 这一过程将会一直进行下去. (不妨思考如果正热容系统会发生什么?) 这样系统便始终达不到平衡态, 即系统不均匀, 无法只用 http://image2.qiniudn.com/26682-fff7b25ad2afa8aa30deadd707886db4
, http://image2.qiniudn.com/26682-e7b5a6aaf819871ff813ebe2e2f68275
, http://image2.qiniudn.com/26682-d5849339d0fed9fd55c37395a1046067
几个广延量完整刻画系统的性质. 热力学只对平衡态适用. 因此 对于自引力气体, 由于无法达到稳定平衡态, 热力学不适用. 没有热力学, 也就谈不上所谓的热力学第二定律或是熵增原理.

类似的, 宇宙也是一个自引力系统. 根据上面的论述, 没有稳定平衡态, 热力学不适用. 因此所谓"热寂说"是站不住脚的.
很久以前的脑洞——L的经济学笔记

L是克鲁索大学物理系大四学生。它的毕业课题是7号实验箱中恒星USD7644(太阳)第三行星上高组织度物质的输运问题。这些特殊物质是师兄K的发现,它们被分为两类:货与币,在行星表面缓慢游弋。它们似乎遵循着与气、液分子全然不同的... 显示全部 »
很久以前的脑洞——L的经济学笔记

L是克鲁索大学物理系大四学生。它的毕业课题是7号实验箱中恒星USD7644(太阳)第三行星上高组织度物质的输运问题。这些特殊物质是师兄K的发现,它们被分为两类:货与币,在行星表面缓慢游弋。它们似乎遵循着与气、液分子全然不同的运动法则,K不知道其中的机理(实验箱中没有可以探查到“人类”的探针,K也不敢将货、币的输运归因于另一种智识体的活动,同侪一定会讥讽它拿“烧瓶中的小人”说事。),因而只是试图去描述:在某个极短的时间片断,货与币的总数目没有太大起伏(中古时代:生产与消耗相抵)。

L接手课题后的第一件事,便是把行星中的某一区域孤立起来,使得“货”、“币”无法流出。再难琢磨的孤立系统,熵总是增加的,在平衡时达到最大。熵是货与币的函数: http://image2.qiniudn.com/26682-15ea625b4a008dab4f5430270b60a676
,其中G表示货,M表示币。L把系统分为A、B两部,两者的熵函数不同,之间可以交换货、币。系统总熵为两部熵之和: http://image2.qiniudn.com/26682-9e4520c223035098e994051652982ba3
。平衡时,总熵最大,亦即 http://image2.qiniudn.com/26682-a2a11c669e93a324cad1141dbf87b2c7
; http://image2.qiniudn.com/26682-354f5800ca88a2985c1cd42a8e27cf84
。推得: http://image2.qiniudn.com/26682-349c84a98db38096250aa26cb91dc0d4
; http://image2.qiniudn.com/26682-475e57eb73b4f52ac7c1e4046a4d9950
。L把 http://image2.qiniudn.com/26682-ceaa8f5567f24b34bad90f7923ff8b99
称作通胀标度, http://image2.qiniudn.com/26682-38dd5c6003ba93267cc671077479d610
称作价格。它写道: A、B两经济体交换均衡时,两者的价格、通胀标度相等。

接下来,L把“孤立”的约束放开,货、币又可以全球流转了。L在脑中把整个货、币体系割成无穷多个小块,每一小块都能与任意其余小块交换货、币。它考察其中某一小块,而把其余的部分称做“市场”。它设想自己置身于小块中,这样,在它看来,“市场”中有无穷多的货,无穷多的币,以至于对其总量完全无法把握其总量。但交换均衡时,它能得知市场传达给它的价格与通胀标度。

反观小块自身,它有可能处在各种复杂的状态下。L把这些状态记作 http://image2.qiniudn.com/26682-f68dfefb857e1f7a6d31ab73d77d44c4
,小块处于 http://image2.qiniudn.com/26682-f68dfefb857e1f7a6d31ab73d77d44c4
的几率记为 http://image2.qiniudn.com/26682-fa1d75e4b9dd4a62b5ccada8b5d0ed8b
。在此状态下,小块内有 http://image2.qiniudn.com/26682-727ab0be2f962e2f9aafd34e3d04d897
的货与 http://image2.qiniudn.com/26682-1f9ccd1076e8e8e4f3a3c2a6b629491d
的币。由于与市场交换达到平衡,几率 http://image2.qiniudn.com/26682-fa1d75e4b9dd4a62b5ccada8b5d0ed8b
是市场价格与通胀标度的函数: http://image2.qiniudn.com/26682-a89c4667a8d6e77c2195b4829a00771b
; http://image2.qiniudn.com/26682-26f0c9f3a92423308f2b72e810a18f33
。L的巨正则系宗那一章学得特别好,所以它很快就写下了: http://image2.qiniudn.com/26682-a1336487b1b987814cdc4ae229fc0ec4
。这里可以看到 http://image2.qiniudn.com/26682-ceaa8f5567f24b34bad90f7923ff8b99
被称为通胀标度的理由。标度变换(币、价膨胀): http://image2.qiniudn.com/26682-87d9f4a519826d6cf78e5cb138948087
, http://image2.qiniudn.com/26682-528611fabbed72e0e920d1447078fea1
等价于 http://image2.qiniudn.com/26682-1f9ccd1076e8e8e4f3a3c2a6b629491d
、 http://image2.qiniudn.com/26682-a0bee9d08884f584c30077c11c104c54
不变,而 http://image2.qiniudn.com/26682-99cc3261c0eabe61f9c7445ef6a1af0d
。因而我们可以把 http://image2.qiniudn.com/26682-1f9ccd1076e8e8e4f3a3c2a6b629491d
、 http://image2.qiniudn.com/26682-a0bee9d08884f584c30077c11c104c54
称作不随通胀变化的“真币”与“真价格”,而把所有通胀因素皆归入 http://image2.qiniudn.com/26682-ceaa8f5567f24b34bad90f7923ff8b99
中。

L定义配分函数 http://image2.qiniudn.com/26682-3a2babe71b64f18e4d82bd942a045850
。于是小块中,货的期望 http://image2.qiniudn.com/26682-49c5bfc609e4f2fea52922a398b1b246
,货的涨落的期望 https://zhihu.com/equation?tex=%5Clangle+%5CDelta+G%5E2%5Crangle%3D%5Csum_r+G_r%5E2+P_r-%5Cleft%28%5Csum_r+G_r+P_r%5Cright%29%5E2%3D%5Cfrac+1+%7B%5Cbeta%5E2%7D%5Cfrac%7B%5Cpartial%5E2%7D+%7B%5Cpartial+%5Cmu%5E2%7D+%5Cln+Z%28%5Cmu%2C%5Cbeta%29
。此时,L注意到: https://zhihu.com/equation?tex=%5Cfrac+%7B%5Cpartial+%5Clangle+G%5Crangle%7D%7B%5Cpartial+%5Cmu%7D%3D-%5Cbeta%5Clangle%5CDelta+G%5E2%5Crangle%3C0
。它写道: 均衡市场中,在相同通胀标度下,经济体拥有的货物期望值是市场价格的减函数,下降斜率正比于货物绝对涨落的期望 。

文末,L套用了K的观察结果,建立了一个模型。K曾写道:「货聚則重,散則輕」。亦即,货的相对涨落与价格正相关: https://zhihu.com/equation?tex=%5Cfrac%7B%5Clangle+%5CDelta+G%5E2%5Crangle%7D%7B%5Clangle+G%5Crangle%5E2%7D%3Df%28%5Cmu%29
。更进一步地,L取增函数 http://image2.qiniudn.com/26682-b04cc90ff90b4a539a84990b5119208f
为线性函数 http://image2.qiniudn.com/26682-c920f1e892d6cef4acf8acf0dc6272a2
。于是有: http://image2.qiniudn.com/26682-5dd79df4cac1133c04828f1c4b0c0910
。解得: https://zhihu.com/equation?tex=%5Clangle+G%5Crangle%3D%5Cfrac+2+%7B%5Ckappa%5Cbeta%5Cmu%5E2%2BC%28%5Cbeta%29%7D
,其中 http://image2.qiniudn.com/26682-b11532900bbe25b423faa33be88d76e0
是积分常数。
http://image2.qiniudn.com/26682-6f0ceead262e6ad246dd3379d3282331
https://pic4.zhimg.com/dfe7016788a9b7321b8825c15e6ac243_b.jpg

==============================================
明眼人大概看出来了,其实这就是个负化学势的体系,原因在于体系获得货物时是要给出货币的。
匿名用户

回答了问题 2017-03-30 09:0710 个回复 不感兴趣

熵与温度有什么关系?

赞同来自:

这是热力学里可能是最重要的问题之一。简单的说,熵和绝对温度是个捆绑的概念,0熵就是0温度,而且精确的温度定义是用熵来定义的,粗略的说熵和决定了我们所认为的温度,熵才是温度在物理学意义上的度量。
Thermodynamic beta 这条里面的推论基本是... 显示全部 »
这是热力学里可能是最重要的问题之一。简单的说,熵和绝对温度是个捆绑的概念,0熵就是0温度,而且精确的温度定义是用熵来定义的,粗略的说熵和决定了我们所认为的温度,熵才是温度在物理学意义上的度量。
Thermodynamic beta 这条里面的推论基本是可以理解的,即 http://image2.qiniudn.com/26682-2a2c769ac6dcf644402e1597b15fb726
, U是物体的内能而S是熵。
另,不可能让物体保持绝对零度。绝对零度不可达到,这是我们目前物理学的界限之一,和普朗克时间以下是没有物理意义,光速不可超越是同样的概念。
目前的答案貌似都没有说到点子上,这是一个关于advection(对流?)和diffusion(扩散)的问题。

Advection指流体的宏观流动带来的物质迁移,譬如河水流动,使上游的污染物从x0位置变化到下游的x1位置。迁移速率正比于流体的流速

Diffu... 显示全部 »
目前的答案貌似都没有说到点子上,这是一个关于advection(对流?)和diffusion(扩散)的问题。

Advection指流体的宏观流动带来的物质迁移,譬如河水流动,使上游的污染物从x0位置变化到下游的x1位置。迁移速率正比于流体的流速

Diffusion(扩散)则包括粒子热运动形成的分子扩散以及流体湍流运动形成的湍流扩散,带来的物质迁移现象,譬如墨汁滴到池子里会把整个池子染黑。扩散速率正比于浓度梯度,通常用Fick扩散定律 http://image2.qiniudn.com/26682-a7925d84a3046801731b0ae6a4c8272a
来计算,D是扩散系数,dC/dx是浓度梯度。

具体到这个问题的话,可以简化为一维传质: http://image2.qiniudn.com/26682-9b6bfb1ec8ecc200147ffc0ef0f1d2c3
https://pic3.zhimg.com/01546fb380cc3b4f583b271323dbd2b2_b.jpg
右边第一项为diffusion,第二项为advection,u为流速。当然没必要解这个方程(事实上我也不会,只用软件算过数值解),想象一种情况,当某个污染源向河流排污,该污染物扩散得非常快,而河流的流速非常慢,即上面式子中第一项大于第二项,会造成的结果就是下游的污染物会扩散到上游,跟题主提出的这种情况相似,毒药逆流扩散(极限情况就是流速为零,河流静止,只存在扩散,就相当于墨汁滴到静止的池水里,迟早会污染整条河流)。

可以用一个Peclet number 来估算advection和diffusion哪个更大: http://image2.qiniudn.com/26682-98dd192648da9887d249ed89daba5a12
当Pe>>1(实际计算中取Re>10)时,advection远大于diffusion;Pe<<1(实际计算中Re<0.1)时,diffusion远大于advection;0.1<Pe<10时,二者对于传质都有较大影响。常见化学物质的扩散系数D在 https://zhihu.com/equation?tex=10%5E%7B-5%7D+cm%5E%7B2%7D+%2Fs
的级别,尿尿的路程L在100cm左右,男孩子尿尿的速度u在235至325cm/s,故而Pe在10^9级别,即advection远远大于diffusion,毒药只会顺着尿液流走,而没可能逆流扩散而上。

PS,楼上说的高压电的情况,貌似可以理解为电流在尿液中的diffusion大于尿液本身的advection
-----------------------
另大部分情况下,尿液到最后都会变成不连续的滴状, 尿液的导电能力有多强? - 唐文韬的回答 ,可能的原因个人认为有两个,一是因为尿液做平/斜抛运动,故而前后两滴尿液在水平方向上理论上是相邻的,而竖直方向上会相距越来越远。另一种解释是因为Plateau–Rayleigh instability,即表面张力会使液柱收缩成液滴。当然这跟尿的速度和距离很有关系
有些回答说X-射线激光是因为"射线强度高"就能"得到好的衍射图样"这个结论是怎么来的... 稍微了解一些衍射的物理常识也知道传统X-射线衍射中, 提升射线强度也很容易的. X-射线激光之所以牛逼, 绝对不是因为它的强度高... 显示全部 »
有些回答说X-射线激光是因为"射线强度高"就能"得到好的衍射图样"这个结论是怎么来的... 稍微了解一些衍射的物理常识也知道传统X-射线衍射中, 提升射线强度也很容易的. X-射线激光之所以牛逼, 绝对不是因为它的强度高.

基本物理背景知识:
X-射线衍射之所以能测定晶体结构是利用了晶体结构的周期性. 当晶体结构有周期性时, X-射线在晶体表面和内部发生干涉. 根据干涉图样, 我们可以反推出晶体的周期结构. 之所以用X-射线不能用可见光是因为X-射线的波长和晶体中一个重复的周期结构的大小相当, 用长波长的光看不到比波长更短的尺度上的结构. 当一个晶体中重复的周期结构越多, 干涉效果越强, 衍射图样越清晰. 因此传统X-射线衍射测定蛋白质结构, 需要尽可能将蛋白质结成大的单晶. 这样重复的周期结构多, X-射线的强度不需要很大也能得到很不错的衍射谱. 在测定蛋白质结构时, X-射线的强度不能太大. 因为X-射线的能量是很高的(回忆有机化学中的很多牛逼的反应的条件是"光照"), 强度太大会使其结构很快就损坏, 来不及得到完整的衍射图样.
因此对于结构生物学家来说, 长一个又大又好的蛋白质单晶是其最重要, 也是最困难的工作.

但是对于有一些蛋白, 比如膜蛋白, 很难做出很好的单晶. 通常一个膜蛋白的单晶中也只有300多个重复的结构(在一般的金属等固体中这个数量至少要多几百万倍). 为了得到可以分辨的衍射图样, 必须加很大的X-射线强度. 但是强度一大, 这些蛋白质的结构都损坏了, 得不到完整的衍射谱, 所以很长一段时间, 这种膜蛋白的结构很难用X-射线衍射测量.

不过物理学家们是很厉害的. 他们发明了一个叫"激光"的东西. 自由电子通过相干的同步辐射, 可以制造出时域宽度为飞秒( https://zhihu.com/equation?tex=10%5E%7B-15%7D
秒)级别的X-射线激光. (感谢 @Wang Erdong 指正错误. ) 将这种高强度的高速激光打在蛋白质上, 可以在蛋白质结构损坏之前就得到大量可用的衍射图样, 从而测定蛋白质的结构. 这项工作最早是在2010年由德国的实验组完成的: Femtosecond X-ray protein nanocrystallography : Nature : Nature Publishing Group .
http://image2.qiniudn.com/26682-cd5b33dc44c12416201c6700b6fba7ba
上面的工作测定的是已知结构的蛋白质. 第一次测定未知结构蛋白质完成于2013年: https://pic4.zhimg.com/f4d6cc03c3f6d90d316857dc8a5755a7_b.jpg
上面的工作测定的是已知结构的蛋白质. 第一次测定未知结构蛋白质完成于2013年: http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7482/full/nature12773.html
http://image2.qiniudn.com/26682-74cece633186561940ed8a204edaee25
https://pic1.zhimg.com/bcdfea7e4e6cda407024965491962e44_b.jpg
事实上, 飞秒激光很早就应用在了化学中. 1999年的诺贝尔化学奖就发给了利用飞秒激光研究化学反应过渡态的埃及化学家 Zewail. 这个技术之所以到最近才得以应用在生物上主要在于其是X-射线激光. 我们常见的激光都在可见光区, 利用的是原子中电子在不同能级上受激辐射所发出的光子. 但这个光子的能量和X-射线的能量相比实在太低了. 为了实现X-射线激光, 必须采用全新的方式产生激光, 即所谓 自由电子激光 . 这种激光器制造困难, 成本极高. 全世界也只有几十台. (好像上面提到的实验的想法是在德国汉堡的 FLASH 自由电子激光器得到验证, 但 FLASH 的激光波长不够短. 实际实验似乎是在美国 Stanford 的 SLAC國家加速器實驗室 完成的. )

下图是位于荷兰的 FELIX 自由电子激光器:
http://image2.qiniudn.com/26682-d779edd6734b8792a4771ed122c2bf0c
与一个典型的在可见光区的飞秒激光器相比: https://pic3.zhimg.com/885fb852094525e927804423e61b14f2_b.jpg
与一个典型的在可见光区的飞秒激光器相比:
http://image2.qiniudn.com/26682-bd1c583bbd934b53194f1ff2e91bf302
完全不在一个数量级上. https://pic1.zhimg.com/9114e3af1cdb96475274bf611150fc78_b.jpg
完全不在一个数量级上.

当然现在做结构生物学的测定的手段也很多样, 不止X-射线激光一种. 冷冻电镜也是一个最近发展出的很强大的手段: 为什么冷冻电镜 (Cryo-EM) 去年突然火了?是有什么技术突破吗?
匿名用户

Ivony 回答了问题 2017-03-30 09:0710 个回复 不感兴趣

关灯后,灯光到哪里去了?

赞同来自:

知乎已经出现几次这种问题了,这种问题的本质在于,很多人都没搞清楚,光和视觉的关系。

视觉是什么?你看到了光?是因为光是一种物质,被你看到了?
错!是光被你的眼睛里的感光细胞吸收了,你才感觉到了光的存在。
所以,必须有持续的光被你的眼睛吸收,你才能拥有持续的视... 显示全部 »
知乎已经出现几次这种问题了,这种问题的本质在于,很多人都没搞清楚,光和视觉的关系。

视觉是什么?你看到了光?是因为光是一种物质,被你看到了?
错!是光被你的眼睛里的感光细胞吸收了,你才感觉到了光的存在。
所以,必须有持续的光被你的眼睛吸收,你才能拥有持续的视觉。

太阳是一个巨大的光源,太阳每天辐射大量的光能到地球,到每一寸土地,每一个物体,他们把光向各个方向反射,直到送到我们眼睛里,我们才看到了世间万物。没有光就没有视觉,没有持续的光,就没有持续的视觉。光被看到就是它消失的原因,他消失的原因就是被看到。被眼睛看到,或是被摄像头看到。

事实上,我们看不到光,我们看到的是光源,是可以发光的物体,或是反射光线的物体。我们用手电筒射出一道光束,我们看到的光束其实不是光,而是空气和微尘对光的散射。散射了一些光子到我们的眼里,然后我们说,我们看到了,光在那里。

其实光不在那里,光在我们的眼里。

最后回答问题,光到哪里去了?光被摄像头吸收了。为什么我们看不到了,因为我们看到的不是光,而是光源,光源不再发射光子,我们就看不到了。

===========================================

补充说明:
其实我不喜欢写补充说明,我觉得一个答案能解答一个问题就够了,没必要面面俱到的解释到所有的问题。

诚如各专业人士所说,这个问题的科学标准答案是:光被吸收了,因为不存在100%反射的材料。以光速来说,在完全无法察觉的时间内就可以在房间内完成天文数字次数的反射,即使每次反射被吸收的部分微乎其微,因为反射的次数如此之多,也可以立即看到房间变暗。

但是提问者的困惑显然不是这个。

好吧,这是针对科学家的补充说明,我这个答案解答的问题并不是,实际的科学解释,而是为了解答困惑。


============================================

然后是针对提问者的补充说明。

这么说吧,事实上 光子在我们眼里 是才是客观严谨的描述。视觉的产生就是光子对视网膜感光细胞的作用产生的,这个作用的机理非常复杂,但不去考虑其中复杂的原理的话,可以简单的认为是光子在某种机理下转化为神经细胞的电信号,从而被我们感知到。所以很明显,光子转化成了电信号,持续感知就要持续消耗光子。

事实上光波和声波两者是非常类似的。
当喇叭停止震动,我们不会疑问,声音哪去了?
当光源停止发光,为何我们会困惑,光子哪去了?

因为光子是基本粒子而没有声子这个基本粒子么?
事实上基本粒子根本就不像是我们日常看得见摸得着的菜刀桌子一样的东西,它们真的有时候看起来就像声波一样,这就是波粒二像性。

直接用经典电磁理论来解释的话,光只是电磁场的波动,所以光源消失,光便会在传播中衰减消失。与声波不同,光波速度快得多,所以衰减的也快得多。即使完全不衰减,也会因为被看见而消失。
这是统计物理的基本问题。个人不喜欢用能量守恒或者熵增原理这种万物必然符合的东西来解释某一具体问题,觉得这好像在打发人。所以还是示范性地从统计物理来考虑

一根硬的直棒,无论你放多少次,出来都是直的。线的柔软特性使得它容易混乱地盘曲。
1. 长而柔软的线可取的构... 显示全部 »
这是统计物理的基本问题。个人不喜欢用能量守恒或者熵增原理这种万物必然符合的东西来解释某一具体问题,觉得这好像在打发人。所以还是示范性地从统计物理来考虑

一根硬的直棒,无论你放多少次,出来都是直的。线的柔软特性使得它容易混乱地盘曲。
1. 长而柔软的线可取的构象(configuration)数目非常大
一根柔软的线,能够自在地取非常弯曲的构象(非常大的曲率,非常小的半径),所以假如它足够常的话,可以弯很多次(很多个弯)。每个弯,它都未必是尽可能弯曲(曲率可大可小,也可以不弯),也未必只往一个方向(可取360度全方位)。所以,长而柔软的线,总共可取的构象数是非常大的,你就当是天文数字吧。
2. 不同构象之间没有谁比谁优先
因为一条长线可以成好多次弯,每次弯曲率多大,向哪个方向,都可以重新决定。不同决定之间也没有什么优先次序,因此是随机决定的,多次这样随机决定的弯曲,想恰好形成某种规律的机律是很小的。

如何解决这个问题?
所要解决的问题是一定长度的线形物,如何减少其自在时的混乱程度(不去人为缠绕,或经过长期摇晃)?
一种可能的想法是让它变硬,不能曲很弯的构象。这样做的后果就是每个弯曲的半径很大,一条东西取不了几个弯,这样,可取的构象数就会大降。但同时的后果就是整团东西所划的体积会增大很多。极端的情况就是零个弯——一根直棒,它所划的体积就非常大。

另一种可能的想法——也是实际人们设计产品的思路——就是让这条线固定只能弯向一个方向,曲率也固定不变。这样,它只能取一种构象,就是绕成一个圆,半径是所规定曲率的倒数。但是这在材料加工上需要很高的技巧,成本上考虑未必适用于生产耳机线。

科学研究中类似的问题是聚合物链的问题:
聚合物链是很长的分子链,重复单元可到几千甚至几万。所以聚合物链的最平衡状态(无扰状态)是一个无规线团(random coil),而不会是一条直线。

关于那篇PNAS论文:
论文研究的是打结机率。我觉得,给定构象数,打结机率就可以定了,不需要重新统计链构象。
生物体内的诸多反应当然不是靠着随机结合而产生的。

假设一个转录酶靠着三维空间的随机行走来找到启动子,像一个醉汉在地图上随机行走回到自己的家那样,当且仅当那位醉汉在一维和二维空间上随机行走,否则他可能永远无法再回到自己出发的地方。在三维空间里面的扩散,看起来扩... 显示全部 »
生物体内的诸多反应当然不是靠着随机结合而产生的。

假设一个转录酶靠着三维空间的随机行走来找到启动子,像一个醉汉在地图上随机行走回到自己的家那样,当且仅当那位醉汉在一维和二维空间上随机行走,否则他可能永远无法再回到自己出发的地方。在三维空间里面的扩散,看起来扩散方程从 2Dt 变成了 6Dt ,似乎效率提高了,但随着搜索空间的增大更是不能忽略的,数学上可以证明三维的随机行走是非常返(non-recurrent)的,即仅仅凭借随机行走,醉汉(三维空间随机行走)能够走回家的概率是等于 0 的。

除了醉汉找到家之外,酶在原核细胞内的扩散也出现了大问题,假设细胞体积为 V ,启动子与 RNA聚合酶 初始的距离为 r,扩散系数 D,一个估算如下:
http://image2.qiniudn.com/26682-c0e7e28cd0d4ebee95289fca849fb92a
https://pic3.zhimg.com/3fb59ea7d4334c98929fd99be69cecba_b.jpg

即,需要 s 的量级才能找到距离在 2nm 以内的目标,这样的搜索实在太低效了。因此类似的生物过程中,至少许多关键步骤上不可能是无规的。

当然,生命的最初的产生很可能确实源于某些随机的偶然,这时候,理解这个自然的有序,我们至少可以有两种可能的猜想:
其一,这个世界的生命是神创造的,因而所有的过程都是有序的。
其二,这个世界的生命是从无序中产生的,但是因为个体之间存在某些差异,例如「无序的程度」存在差异,其中那些稍微有些微弱的「改进」的个体都能未来的竞争(自然选择)中产生巨大的差异,经过了很长很长时间的演化,起初那些微弱的改进,渐渐成为了一个生命所独有的有序性,并在各个方面体现出对环境超强的适应性。

科学家们当然相信进化论,相信在漫长的演化过程中,有某些改变被一直继承下来,直到今天。那么很自然地,科学家会思考以下问题:
经历了漫长的进化过程,在这个变化的过程中经历的哪些中间状态、有哪些证据可以说明这些中间状态的存在。这个过程需要许多的观察和挖掘,到了近年,又有了许多研究分子进化的研究技术可供选择。
即便对整个进化的过程不感兴趣,我们希望知道生命体到底在哪些方面体现出那些有序来。这些有序是怎样被组织起来的,又是怎样来运作的。这个过程正是许许多多的生命科学家一直在尝试着来做的,大家在一个步骤一个步骤地理解整个生命反应的机理。

我们都知道,最终说了算的永远是那些实实在在的观察和实验数据。可是如果实验条件有限,我们对那些「生物」的过程无法展开细节的研究,除了阅读众多文献之外,我们怎样来了解一个生命过程呢?下面我来进行一些简单的说明。我计划在这里开设一个专栏( 生命的设计原则 - 知乎专栏 ),专门讨论有关生命现象中的「设计原则(Design Principle)」问题,即讨论那些在进化中可能影响重大的一些「优化」。

以一个酶找到 DNA 上的特定位点问题为例,我来说明一下,从「设计原则」的角度来看,可以怎样来思考这个问题。在这里我不能啰啰嗦嗦地直接给出以下全部问题的解答,我相信各位对生物学过程较为的朋友在这些问题的帮助下联想起了相关的生物学论文,即使没有更多的生命科学背景,相信看到这些问题,已经可以自己开始一些基本的思考。以后有时间我将在我的专栏进行更详细的讨论:
[list] 基本考虑:随机性的存在,虽然导致生物反应的效率降低,但是会导致调节生物反应变得更容易,某些反应正是需要通过这些随机性(例如通过影响某些反应发生的概率)来实现一些这样调控,这样的代价通常比较低,一些小小的修饰就可以实现调控。如果完全不存在随机性,很多反应的效率会提高,但是此时的调控就需要耗费较大的能量(例如专门合成一种蛋白来调节某一反应),生物想要阻断或者控制某一反应就会变得困难。 在这一前提的假设基础上,我们接下来再来谈生物反应中提高效率的一些方法和生物体内蕴含的一些「有序」。 真核细胞与原核细胞的差异性。 我们的目标是找到 DNA 上的特定位点。DNA 在细胞中的存在可能有两种不同的情况:(1)被紧密地缠绕在一起并被约束在细胞核内的(2)仅仅松散地进行一些缠绕,并不装配好,扩展地分布在整个细胞质内。对于全部装配好、位于细胞核内的 DNA ,在搜索时,可能出现一些怎样的好处?而扩展地分布在细胞质内又有那些好处?假设转录酶在三维空间中扩散,哪种策略更有利于三维搜索空间的减小?假设转录酶沿着 DNA 做准一维的扩散,是在缠绕、超螺旋、装配好的 DNA 上行走更快些还是在松散的结构上扩散更快些?
启动子序列的优化: 用一个例子来类比这一问题。假设需要在计算机还没有发明之前,现在我们需要从一本《红楼梦》中来找到某个特定的段落,开始抄写。你可能面对的作业任务有以下一些:
(A)从有「宝玉」出现之后开始抄写,并往后再抄 50 字。这个作业看起来不难,但是假如你把这个作业布置给一个班的学生,每个学生可能抄下来的段落都很不一样,因为「宝玉」只有两个字,这在整本《红楼梦》中出现的次数实在太多了,因此过短的序列不适合作为启动子。
(B)那就不从过短的段落开始吧。例如,要从「 宝玉急的跺脚,正没抓寻处,只见贾政的小厮走来,逼着他出去了。贾政一见,眼都红紫了,也不暇问他在外流荡优伶,表赠私物,在家荒疏学业,淫辱母婢等语,只喝令“堵起嘴来,着实打死!”小厮们不敢违拗,只得将宝玉按在凳上,举起大板打了十来下。贾政犹嫌打轻了,一脚踢开掌板的,自己夺过来,咬着牙狠命盖了三四十下 」开始,再往后抄 50 字。只要给全班的学生足够长的时间来「搜索」全书,大家的答案肯定都是准确的,只是问题是,搜索的时间太长了。况且,生物序列跟一本书还有不同之处,其中有许多的重复,而且能使用的字母只有 4 个,在搜索的过程中还需要严格的「校对」,如果是一个小个头的酶来「校对」,越长的序列「校对」的时间也越长,当然也可以用一个巨大无比个头与几百个碱基近似的酶一次性校对完毕,只是这样酶不管是合成还是扩散都成问题。不管怎样,启动子很长,最后大家总能保证「抄得很准」,但是这时候,效率又是很低的。
(C)不能太短以至于序列缺乏特异性。又不能太长以至于酶的体积需要的很大。那么我们需要启动子的长度恰到好处,那么怎样的启动子长度会是最好的呢(这是一个有意思的估计问题,以后我可以在专栏里面专门讨论这个问题)?怎样的启动子会帮助我们快速定位呢?例如,回到《红楼梦》抄写的问题,假如要求抄写其中的某一首诗词,是不是找起来会变得简单些呢?这样我们可以很快跳过那些不是诗词的段落。生物也是一样,那么进化过程中会做出一些怎样的进化,让酶对于启动子的搜索可以跳过许多的段落,又或者根据某些具体的特征快速定位到某个片段附近然后开始准一维的搜索呢?与此有关的一些具体的生物机制将会是有意思的,我将在以后有空的时候专门再来讨论这一问题。 其它蛋白质的协助和「召唤」: 为了增大反应速率,一种最简单的策略就是提高局部的反应物浓度,这样可以提高「碰撞概率」,从而提高效率。可以设想为了提高局部的反应物浓度的一些方法:例如通过溶液的一些性质,又或者,本身就是蛋白质形成多聚物、「招募」更多的蛋白、组装成为大型分子机器等等来实现具体的功能。这同样也是说来话长。 [*] 解决速度和特异性的矛盾(Speed-Specificity/Stability Paradox)。 关于这个问题的讨论,我在「 蛋白质完成其生理功能的过程,与其物理/化学结构的衔接点在哪里? 」这个问题的讨论中已经进行了一些简单的介绍。这里引用我在那个题目中的一些讨论: [quote]一个蛋白质需要找到 DNA 上面的一个特定的片段。假如一个蛋白质要实现这样的一个功能,那么会是怎样的结构来实现这一功能呢?

首先,我们希望这个蛋白质要找得准。这个很重要,如果现在蛋白质需要结合到 特定的位置 上来实现具体的功能,结果跑错了位置,这对生物体可能造成很可怕的效果。找得准,就需要这个蛋白质「斤斤计较」,与 DNA 片段有一些很强的相互作用,例如电荷可能起到重要的选择作用,结合到 DNA 之上可能形成一些氢键结构等等,总之,我们希望这个结合越特异性越好,因此对应到前面的讨论,面对这么高的能垒,我们希望某些局部的残基高度保守。

其次,我们希望这个蛋白质跑得快。因为如果不能迅速地产生调控作用,反应总是很慢,这样的生物在进化上是会被淘汰掉的。那么想要跑得快,那就不能那么「斤斤计较」,得傻乎乎的,不管前面是坑是坡,一路狂奔才行。要是有很多的特异性结合,那一路的摩擦阻力够它受的。即,「跑得快」跟「找得准」是矛盾的。

那么要怎样才能又快又准呢?一种可能的策略就是有两个结构域,一个负责狂跑,另一个用于仔细寻找某些特定的位置([b] 除此之外,还可能有些怎样的策略来解决这一矛盾呢? )。类似的例子还要很多,因此多结构域会是一个很自然的选择,分析一个具体的功能背后的不同侧面,可以帮助我们理解究竟结构和功能是怎样的关系。
从上面的这些说明,可以很明显地看到,「微观上就是靠小分子的随机结合」这样的观点是有明显的缺陷的,即使是「随机碰撞」,这里的「随机」也绝对不意味着是遍历整个细胞质意义上的「随机」,的确,生命过程中,可能里面存在某些限速步骤随机性比较强,这种随机性有时候就是低能量消耗地实现一种控制的策略。一旦这样的限速步骤一完成,马上后面的步骤就变成完全不随机。例如讨论生物膜所包裹的体系在细胞骨架上的行走,其中更大的随机性来自于细胞器跟马达分子的binding,以及马达分子跟微管的 attachment,一旦 binding 和 attach 形成,后面的很多事情变得不再那么随机,例如马达的运动就不再是双向的了。而 binding 和 attach 也不是完全靠随机来结合,膜上也会有一些能与马达分子结合的位点,马达在进化中更加形成了独特的 ratchet 势以及在微管上高效运动的机制,微管上也有各种「交通信号」精密「控制」着马达的运动。

这些都是进化的力量、DNA、蛋白质以及各类生命物质在演化过程中形成了各种自身以及为了与其它物质结合而产生的各种优化。一个小小的优化就可能让一个物种在竞争中处于绝对优势,以上我已经提到了很多可能改进的策略,这些「策略」在生命现象中无处不在。正是因为自然选择,这些策略最终被保留了下来,我们的生命不只是简单的一连串的偶然,而是在偶然的基础上形成了这些有序。

————————————这是一条分割线————————————
回答 程浩 的几个问题:

1.如果分子间的反应不是随机进行的,是什么力(总得有个力吧)导致它能够定向结合?是否可以推测与微观分子间的极性与磁性有关,或者一些其他的特殊分子间作用力,比如氢键有关。
2,答主所说“提高局部浓度来提高反应速率”,这又是怎么办到的?
3,其实题主真正想知道的是无序与有序的递进关系(非哲学角度),即题主很难理解究竟是怎样的科学上的随机的分子的结合(假如真是完全随机的话),导致了一个如此庞大的整体如此具有目的性。

[quote]1、定向的结合很可能是跟氢键有关的,但是具体怎样形成氢键,氢键的稳定性情况并不一定。而且,除了形成氢键,更稳定的定向的结合可能甚至是先部分去折叠,然后再形成新的稳定结构(当然这其中也很有可能存在氢键)。

2、提高局部的反应物浓度其实也可以有许多的方法,例如我在回答中一开始所说的,真核生物有细胞核,还可以有很多细胞器,这些由细胞膜所构成的腔体与细胞质环境隔绝开,有的酶虽然在整个细胞内含量较低,但在细胞器内这一浓度却可能是足够高的。除了这种情况之外,生物体内还有很多反应其实是并行进行的,例如题主在问题里提到的翻译过程,这一过程中,是有许多的核糖体在同一条 mRNA 上同时开始翻译,这个实际上也是提高了局部的反应物浓度。系统生物学中常常用「招募」这样的词,即一个反应的发生可能(通过信使分子、通过拥挤效应、通过分子修饰)招募更多的分子来参与到反应,并且可能形成局部的浓度提高。

3、这样的问题有点难度,不过可以用统计物理的一些道理来理解,例如能级 A 比能级 B 高 ΔE,那么粒子在 B 上的占据就可能是 A 能级上的占据的 exp(ΔE/T) 倍。如果两个能级的差异,即 ΔE 足够大,即使存在随机的热涨落,两个能级上的占据也有天壤之别(指数级),我们甚至可以近似地人文,只要 ΔE 很大,所有的粒子都会在能级 B 上。只有当温度 T 足够大,那么才会表现出各个状态完全随机的情况出现。因此,要考虑到底是随机性占主导(A、B 状态等概率)还是看起来完全不随机的(B 的概率远远大于 A),就需要看进化上的差异性所带来的适应性([url= ]Fitness landscape )的改变。适应性改变所带来的竞争优势,甚至可能比 exp(ΔE/T) 还要强大,这种时候,很多的事情就变得「必然」了。
从基本的统计物理出发的推导请见右边的链接: Boltzmann factor

下面我就不谈推导,只谈 理解 ,我将先给出很初等且极不严谨的理解:

(一)不严谨版。 从熵的微观定义说起,S=klnΩ:
Boltzmann常数k可以将一个微观的定义... 显示全部 »
从基本的统计物理出发的推导请见右边的链接: Boltzmann factor

下面我就不谈推导,只谈 理解 ,我将先给出很初等且极不严谨的理解:

(一)不严谨版。 从熵的微观定义说起,S=klnΩ:
Boltzmann常数k可以将一个微观的定义和一个宏观的量联系起来(在这一意义上,它类似于Avogadro常数),例如在能均分定理中,温度是宏观的量,平均的动能是一个微观的定义。
对数则使得熵从微观状态数这样一个总是需要作乘法的量,变成了一个可加的量。 从这两点出发,我们来构造Boltzmann因子: 第一步,现在我们需要把能量(微观)和温度(宏观)联系起来,那么有E/kT;
第二步,我们发现这个量的量纲跟熵除以Boltzmann常数的量纲是一样的,不难发现这仍然是一个可加的量,微观状态的占据数应该是一个可乘的量,那么在熵的定义时我们取了对数,这里逆回去,变成指数,于是有exp(E/kT);
第三步,检查一下,发现似乎搞错了,这样会导致E等于无穷的时候占据数无限大,这显然是不合理的,E等于无穷的时候应该占据数为0,粒子倾向于在低能量处占据,那么加上一个负号,得到正确的Boltzmann因子。
(二)统计推断中的熵极大原理
在非统计物理的领域,例如在信息学的领域,在统计推断的领域,我们同样会谈到熵,同样可以见到这样的指数形式。熵在统计物理里面意味着无序的程度,在统计推断的领域则意味着系统不确定的程度,如果知道的信息对刻画一个具体的系统只能起很小的作用,那么说明这个信息的质量并不太高,熵是很大的。如果你喜欢这一角度,不妨尝试参考一种理解,这一理解不但可以从统计物理的角度帮助理解这一问题,也可以从统计推断的角度来理解这一问题。统计物理中可以证明,不论在哪种系综下,熵总可以表示为:S=-p ln(p) 的形式。这一定义在统计推断中同样适用。我们根据已知的信息,希望得到一个模型,要让这个模型的约束是最少的,那么就要尝试使系统的熵极大化。在给定几个Lagrangian乘子的约束下,利用变分使熵极大,同样可以得到这一形式,只是这里的系数可能不再是Boltzmann系数而已,指数形式的长相依然存在。这一方法可以参考: Maximum entropy probability distribution ,在各类统计学的著作中也有说明。

(三)深入理解的角度
在题主的问题中还出现了对Bose分布理解上的困惑,在初学的阶段,你可以把Bose分布看成是对Boltzmann分布的一个等比级数的求和。
随着学习的深入,再要来真正要来推导Bose分布,Fermi分布,还用能级求和的方法似乎总是显得不够优雅。在对易关系的基础上,考虑算子的含时演化,再将时间替换成t = - i \hbar /kT,整理整理,很自然就得到了Fermi分布和Bose分布。从Wick转动的角度才是一个更好的角度,理解全同粒子的分布,那应当是更基本的东西。
这时候再来看代换t = - i \hbar /kT,或许你已经会觉得它是很自然的了,但是看懂其中的数学并不困难,可是讲清楚其中的物理意义其实还挺困难,可以参考: Thermal quantum field theory , Matsubara frequency ,等等维基页面。这一代换得到的有限温度的量子统计的结论可以被实验验证。时间与温度的这种联系可能是因为非对易关系所导致的表现在时间箭头与熵的某种联系。
匿名用户

傅渥成 回答了问题 2017-03-30 09:075 个回复 不感兴趣

如何理解自由能?

赞同来自:

这个问题其实挺好的,我只说说我的一些想法。

首先,我觉得你说得有道理,完全可以如你这样理解:定义自由能就是在某个实际的物理体系里找到正确的 penalty function,选择不同的 penalty function,就可以得到不同的热力学函数,这个过程就... 显示全部 »
这个问题其实挺好的,我只说说我的一些想法。

首先,我觉得你说得有道理,完全可以如你这样理解:定义自由能就是在某个实际的物理体系里找到正确的 penalty function,选择不同的 penalty function,就可以得到不同的热力学函数,这个过程就是 Legendre 变换,但 Legendre 变换并不是没有目的的,实际物理体系里哪些量固定不变、哪些量是实验中的控制参数通常还是很清楚的。

如果考虑固定温度,我指的是类似固定能量那样来固定 <T>,则这个体系不是一个平衡态的系统,这种情况下就面对的是非平衡的问题,这种时候极大熵原理可能是有问题的,但是类似的讨论在一些非平衡物理的讨论中其实也有。如果要从微分式的定义出发来固定温度,我首先想到的一种思路把熵函数展开,这个方法的话可以参考 Jaynes 的另一篇文章(Jaynes E T. The minimum entropy production principle[J]. Annual Review of Physical Chemistry, 1980, 31(1): 579-601.),虽然这个处理的是非平衡系统。不过利用文章 4 式开始的一段推导,有可能是可以做的。 The Minimum Entropy Production Principle

关于自由能的理解,我觉得还可以有一些别的思路,不过我也并不完全熟悉。
[list=1][*]一种方案是这样的,因为熵、自由能这些概念再推广一些,就可以得到大偏差函数(large deviation function)了,所以一些大偏差函数的方法可能对解决你的问题有些帮助,这一思路的有关内容可以参考这篇文章(Touchette H. The large deviation approach to statistical mechanics[J]. Physics Reports, 2009, 478(1): 1-69.)的第 5 节。([url= ]http://people.math.umass.edu/~rsellis/pdf-files/Touchette-review.pdf ) [*]另一种从自由能到 Gibbs 自由能的推导方法,不过我并不清楚是不是跟你所想要的完全一致。这个方法更信息论一些,可以参考(Yedidia J S, Freeman W T, Weiss Y. Constructing free-energy approximations and generalized belief propagation algorithms[J]. Information Theory, IEEE Transactions on, 2005, 51(7): 2282-2312.)这篇文章中的讨论,这篇文章的 III 部分,事实上从信息论的角度从(Helmholtz)自由能推导到了 Gibbs 自由能: http://www.cs.princeton.edu/courses/archive/spr06/cos598C/papers/YedidaFreemanWeiss2004.pdf
当然,我只是抛砖引玉一下,我的回答可能都是不准确或者不对的,具体之后还有些问题的话我们可以以后再讨论。
这就是所谓的巴西果效应。结论是大颗粒浮上去,小颗粒在底下。
这是颗粒物理研究中的一个问题,在工程应用领域有着一定的应用价值(机械筛选等等);同时也有一定的理论研究价值,即混合的颗粒体系的行为是否和混合的分子原子体系一样,可以在两种物质之间达到平衡态。

首先要... 显示全部 »
这就是所谓的巴西果效应。结论是大颗粒浮上去,小颗粒在底下。
这是颗粒物理研究中的一个问题,在工程应用领域有着一定的应用价值(机械筛选等等);同时也有一定的理论研究价值,即混合的颗粒体系的行为是否和混合的分子原子体系一样,可以在两种物质之间达到平衡态。

首先要更正一个概念,在这样的颗粒体系中,应该考虑的是大颗粒相对小颗粒的密度,而非绝对的重量——可以想像一个大塑料球肯定会浮在很多小钢球的上面,而一个大铁球显然很容易在一堆小塑料球中沉下去。

第二,如果不施加外加的扰动,颗粒的堆积不会自发的演化。颗粒物理中常用的激励手段为外加振动——好比为了让一罐芝麻、糖果等颗粒状物体堆得更满,我们都会小幅度的敲击或振动罐子——振动是激励颗粒堆积体系演化最常用的实验条件。

现在正式回答问题:大颗粒相对小颗粒的沉或者浮与什么有关呢?
首先与重力有关。在空间站(或者以抛物线轨道飞行的飞机)中做同样的实验,(几乎)观察不到巴西果效应。所以可以明白,巴西果效应与颗粒“流体”在振动条件下的对流有关,而重力是对流的必要条件。
第二与颗粒体系所处环境的气压有关。(芝加哥大学的一个研究组)通过实验发现改变颗粒堆所处环境的气压,大颗粒上升的速度在发生改变。这一现象的原因不易理解,大致可以理解为气体的黏滞力影响了振动中颗粒的运动。 第三与振动条件有关。实验也观察到在某些特殊的振动条件下,会出现“反巴西果”效应,即大颗粒下沉。 第四,也是最显然的一点:与大小颗粒的密度比有关。相关的实验是有中科院的研究团队完成的。实验发现存在一个“临界密度比”,区分巴西果和反巴西果效应。 总而言之,由于体系的复杂性,涉及到空气阻力、非弹性碰撞、颗粒的复杂流体等比较“脏”的问题,据我所知现在还并没有一个简单地理论去完美地解释这一系列的现象,相关的研究结果在过去的十多年间还在不断地出现。

最后,类似于巴西果效应这样的颗粒物理研究从上世纪90年代开始正得到越来越多的关注。它的实验需求相对简单和廉价(相对于高能物理以及天文以及某些硬凝聚态领域而言),同时也包含了很多新物理,扩展了凝聚态物理学研究的范畴。
比较讽刺的是,我们人类在过去的100年中,理解了最微小最微小的夸克、胶子等等,也正在理解最宏大最宏大的星系和宇宙;但我们的妈妈们晃动盐罐子时蕴含的物理,却并不为人所知。
匿名用户

回答了问题 2017-03-30 09:076 个回复 不感兴趣

怎样直观的理解一般的自由能与吉布斯自由能?

赞同来自:

本质上说,各种不同的“自由能”就是对热力学第一第二定律的基本公式: dU + pdV = TdS 运用勒让德变换 ( Legendre transformation )以后得到的。

首先,在不考虑有外场(电场、磁场, etc)时, 一个只有1种物相的均... 显示全部 »
本质上说,各种不同的“自由能”就是对热力学第一第二定律的基本公式: dU + pdV = TdS 运用勒让德变换 ( Legendre transformation )以后得到的。

首先,在不考虑有外场(电场、磁场, etc)时, 一个只有1种物相的均匀、封闭系统中(比如一团气体),只有2个参量是独立的。
http://image2.qiniudn.com/26682-301bf6ee5d1499727655936fa78a9b52
这3个物理量,并不是互相独立的,只要确定了其中的2个就能确定另1个,它们之间的关系就是 物态方程 ,比如最熟悉的 http://image2.qiniudn.com/26682-291c4b1dcd2ffc04c6f99807d8e9bdeb
, 就给出了理想气体这3个物理量之间的关系。

这里先用比较数学和形式化的方式重述一下热力学第一、第二定律。热力学第一定律指出,吸收的热量等于内能变化加上对外做的膨胀功,写成微分形式 ( 以下的微分形式的等式都对应可逆过程,不再赘述 ) 就是 http://image2.qiniudn.com/26682-4f17ca5e4cb2dec06e9436dd89563611
这里之所以用 http://image2.qiniudn.com/26682-c1e1056df48cf2226afdad3c2c6020ba
而 不用 http://image2.qiniudn.com/26682-f07f096b7ffffb03c355102caf969cef
, 是因为 http://image2.qiniudn.com/26682-c1e1056df48cf2226afdad3c2c6020ba
不是一个全微分(有的也叫恰当微分), 所以加以区别。热力学第二定律指出, http://image2.qiniudn.com/26682-c1e1056df48cf2226afdad3c2c6020ba
存在积分因子,而且这个积分因子是温度 http://image2.qiniudn.com/26682-a4011807e28ca63bdd0ea09ce147d599
的函数(用 http://image2.qiniudn.com/26682-a4011807e28ca63bdd0ea09ce147d599
和 http://image2.qiniudn.com/26682-486ab49a2d6458c67dafbedced80b925
区分任意温标和热力学温标下的温度;因为在第二定律提出前, 没有对于热力学温标的定义 ,所以只能用任意温标下的温度 http://image2.qiniudn.com/26682-a4011807e28ca63bdd0ea09ce147d599
)。现在 定义 一个热力学温标为 http://image2.qiniudn.com/26682-486ab49a2d6458c67dafbedced80b925
,使得热力学温标下的温度的倒数 http://image2.qiniudn.com/26682-988388ae27322a1b5511c8397e6a1c8f
是 http://image2.qiniudn.com/26682-c1e1056df48cf2226afdad3c2c6020ba
的积分因子,也就是说 http://image2.qiniudn.com/26682-b8091cead01fe806c4088bcb53eb5094
现在是一个全微分了,即 http://image2.qiniudn.com/26682-b2b98f2290a7efa6b4e4a2dd0872dd07
,并且定义 http://image2.qiniudn.com/26682-fff7b25ad2afa8aa30deadd707886db4
这个函数叫熵(Entropy).
把这两个式子结合一下:
http://image2.qiniudn.com/26682-7a6936554b39553b50314b6fafcf0f6c
http://image2.qiniudn.com/26682-b2b98f2290a7efa6b4e4a2dd0872dd07
就能得到:
http://image2.qiniudn.com/26682-1ce1829352ce47ec5aefd664485a3127
这个式子的得出同时运用到了第一和第二定律,而且是与 状态方程无关 的、只要是对可逆过程都是成立的。

注意到,热力学中有许多函数,但是由于状态方程的存在,全部都只有2个独立变量,而且其实 任意两个 都可以作为独立变量。比如可以选 http://image2.qiniudn.com/26682-088dde33006059887943064ac5c3e78f
为独立变量,也可以选 http://image2.qiniudn.com/26682-e88e4e660cfdbea27949a837a7ab74c2
;甚至可以选 http://image2.qiniudn.com/26682-543a36af46b6ef1824b5574566ef9a90
.
http://image2.qiniudn.com/26682-1ce1829352ce47ec5aefd664485a3127
可以改写成: http://image2.qiniudn.com/26682-9e7ff6335c09e556f38ca39a5104a71b
.
从这个式子出发直接就可以得到:
http://image2.qiniudn.com/26682-75b0a8db50b7ad972d1ae5bb7f74f175
http://image2.qiniudn.com/26682-f3cf1d47387df374a2d84a3b3fff9693
这样的热力学公式(下角标的S,V表示分别在S和V不变的情况下求偏导数)。
上面这个式子 http://image2.qiniudn.com/26682-9e7ff6335c09e556f38ca39a5104a71b
说明内能以 http://image2.qiniudn.com/26682-543a36af46b6ef1824b5574566ef9a90
为独立变量很方便,但是如果我们想以 http://image2.qiniudn.com/26682-c0059e2da716b3c6d40b500860a421d9
为独立变量呢?数学上有一种技巧可以转换独立变量,这种技巧就叫做 勒让德变换 。简单来说,由于 http://image2.qiniudn.com/26682-ab53f816829287c6c998619047d60de6
,我们可以把 http://image2.qiniudn.com/26682-9e7ff6335c09e556f38ca39a5104a71b
中的 http://image2.qiniudn.com/26682-ca280ef4c5b33706aa8a17bf9ddc2112
换掉,于是有:
http://image2.qiniudn.com/26682-d7040ea8c5859a49cab0f85f8827eb71
http://image2.qiniudn.com/26682-d6c0bf790adc1e051522f914a43845f0
所以定义 http://image2.qiniudn.com/26682-cfd0e5a1369edef843aa1f031d4caeff
为自由能,应用于以 http://image2.qiniudn.com/26682-c0059e2da716b3c6d40b500860a421d9
为独立变量的情况。
利用同样的技巧,可以把独立变量变成不同的组合。比如 http://image2.qiniudn.com/26682-e88e4e660cfdbea27949a837a7ab74c2
组合对应吉布斯自由能:
http://image2.qiniudn.com/26682-d2b25116a7bdc5b131e3d08e076d844d

所以,综上所述,就是 利用勒让德变换把热力学公式的独立变量转换一下,得到以不同的物理量作为独立变量的热力学函数。
那么为什么需要定义以不同物理量作为独立变量的这些热力学函数?这是为了把 热力学第二定律 转化成其他 更方便 的形式。比如,有了自由能,就知道 可逆过程 在 等温、等体积 的情况下有 http://image2.qiniudn.com/26682-2522b3f66a83b45e4012e06727cc5a86
。有了吉布斯自由能,就知道 可逆过程 在 等温、等压 的情况下有 http://image2.qiniudn.com/26682-e709ba0c3e8edcaaa5ed51321743c789
。对于 不可逆过程 则分别有 http://image2.qiniudn.com/26682-e3dcc08c937378ae2eceea16a6210c88
以及 http://image2.qiniudn.com/26682-68cbad8e5f9cade1d0fe439e67b8bf83
,同时 自由能和吉布斯自由能分别倾向于达到极小值 。以上这些都跟热力学第二定律等价,所以可以用于判断一个系统演化的方向(比如一个化学反应的方向)。

以上。
很开心遇到一个与自己所学专业相关的问题,毕业设计也涉及到l能回答这个问题真的是非常的荣幸啊!
要了解空调变频~,是的,首先必须先了解空调!
提到空调,大家一般想到的肯定是家里用的壁挂式或者柜式的。这种空调我们称之为 局部空调机组 ,我想楼主所谓的空调变频指的也... 显示全部 »
很开心遇到一个与自己所学专业相关的问题,毕业设计也涉及到l能回答这个问题真的是非常的荣幸啊!
要了解空调变频~,是的,首先必须先了解空调!
提到空调,大家一般想到的肯定是家里用的壁挂式或者柜式的。这种空调我们称之为 局部空调机组 ,我想楼主所谓的空调变频指的也是这类空调。但不得不提的是另一类空调,也就是我们所说的 中央空调 ,大家去超市,KFC,医院等等所谓的大型公共建筑,一般都会装有这种空调。
那么以上两类空调有什么区别呢?这就得从如何消除室内的冷(热)负荷说起了。 说白了就是如何在夏天让室内温度维持在一个让人舒适的温度(通常25℃) 。家用的不用多说了,@蔡哲的那幅图片讲的很清楚,通过压缩机压缩,将能量给制冷剂,制冷剂在蒸发器表面与空气换热,此时空气被冷却到18℃左右,在通过 风机 吹出来中和室内温度。—————————无法理解?做个比喻~见过割草机吧,草坪上草太长了(室内温度太高),我给割草机通电(压缩机压制冷剂),刀片割草(冷空气中和室内温度),当然,这只是个形象的比喻。
接着说中央空调,它的原理也差不多。原理图如下
http://image2.qiniudn.com/26682-feba9d98ac31efd7827a641c005fb143
压缩机压缩制冷剂,制冷剂在蒸发器侧与水换热(一般将水温控制在8℃),再通过 https://pic2.zhimg.com/688aa0995ed4ae95648c17e462f9415d_b.jpg
压缩机压缩制冷剂,制冷剂在蒸发器侧与水换热(一般将水温控制在8℃),再通过 水泵 将冷冻水送到各个空调房间,与空气换热(一般空气冷却到18℃),在用冷空气中和室内空气,降低温度。


说道这里,将空调给解释清楚了,再解释 变频 ,中学物理应该就讲过,电流的周围存在磁场,变化的电流产生变化的磁场,而电流在磁场中又受力的作用。电动机就是根据这个原理的出来的,我们将电动机接上电以后,交流电嘛,方向一直改变,所以磁场一直改变。
http://image2.qiniudn.com/26682-efff7d9bcce85302fa6ed12fd2a2d99d
n0是磁场的转速,f1是交流电频率家用50Hz,p是级数(一般为1,根据三相绕组安排有关,深入可以以看看电工学)
磁场变化能够使内部的转子转动,转速
http://image2.qiniudn.com/26682-5f9c452fba0e69dac5f82faad1d8cd7b
s为转差率,一般额定负载下1%~9%。
这样,频率与转速的关系也搞清楚了。下面重点来了,解释 空调变频


其实空调变频是一个广义的词,他可以是 压缩机的变频、水泵的变频、风机的变频。 早期由于技术原因,只能对水泵、风机的频率进行控制,所以那会家用空调是没有变频这个概念的(家用空调没用到水泵,风机的耗能又比较小,相对于压缩机能耗,可以忽略),早期对压缩机的控制就是二位控制,什么是二位控制,很简单,夏天打开空调,设定温度,压缩机检测到室内温度达低于设定值,就关机,室内温度高于设定温度就开机运行。但是!!室内的冷负荷是不断变化的,就是说可能刚关机那会,很多人打完球回来,室内冷负荷立马高了,但压缩机不能频繁启停,无法让室内温度降下来。这就是矛盾所在,那么有没有一种手段,让压缩机不频繁启停,而是让他工作慢一点~,有!这就是变频技术了。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!现在讲楼主最关心的,省电和噪声! 省电 ,那是对大型中央空调来说的,是的,是会省电,因为大型中央空调长期运行,冷负荷小的时候频率低,理论上是节能,实际中也相当可行!但是对于 家用机 我只想说 呵呵! 原因很简单
1)看原理就知道了。压缩机本来是到温度了直接关机的!你现在让他低频率运行,肯定不如直接关了省电.(这里要看你设定的温度)!
2)变频空调比不变频的肯定贵吧!贵个千把块钱,家用机开的时间很少,不肯能二十四小时运行,夏季(三个月)变频省下的电费。可能要省七八年,才能省这千把块钱。
3)其实我们老师说了,这就是一个噱头,卖点!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!接下来讲 噪声,压缩机是挂在外面的亲!!!室内噪声是风机发出的声音,和变频没啥关系,或者说和压缩机变频没啥关系,给人的错觉而已,要噪声小些把风量调小点!!!这就和空调厂制造工艺有关了,别被变频这个概念给忽悠了!!!!
匿名用户

张利讴 回答了问题 2017-03-30 09:0710 个回复 不感兴趣

钢进行淬火的目的是什么?

赞同来自:

谢邀。淬火的问题我在 为什么淬火会改变金属性能? 里有过回答了。本来这个问题因为重复不想回答了,但是看到剩下的答案实在是惨不忍睹,就稍微写下吧。

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体1... 显示全部 »
谢邀。淬火的问题我在 为什么淬火会改变金属性能? 里有过回答了。本来这个问题因为重复不想回答了,但是看到剩下的答案实在是惨不忍睹,就稍微写下吧。

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体1化,然后以大于 临界冷却速度 的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或 贝氏体 )转变的 热处理工艺 。(百度百科)
淬火的目的主要是调高钢的强度,硬度。
对于有回答提到 淬火之后必须进行回火,淬火是为回火做好组织准备,而回火则决定了工件热处理后的最终组织与性能 ,这是完完全全的误导,淬火后进行回火是因为获得的马氏体高硬度高强度,带来的一个问题是脆,而且淬火由于冷却较快,不可避免的有一定内应力,回火可以稍微降低硬度和强度,使钢不太脆,因为大多数应用用不了那么高的强度和硬度,何不稍微降低下强硬度而提高下韧性呢,同时可以消除内应力,但是这并不能说明回火决定了工件热处理后的最终组织和性能,就好像你做饭吃饭刷碗,你能说刷碗的水平决定你做饭的水平和吃饭的口感吗?我觉得不能!


To:题主,如果你是学材料的学生,看看专业课本吧,书上说的很明白。如果不是,去查百度百科,也很清楚的。我水平有限,想必不能解决你的所有疑问。
To:被喷的同学,不好意思,我很少纠正别人,这显得很没礼貌,但这是科学!
(吐个槽:如今知乎越来越少好好答题的人了。吐槽完毕)

首先,10000 dB 这个太夸张了,我们暂且忽略这个不着边际的比例数。只定位在这个问题上:
低于人类听阈下限频率(比如 20Hz 以下)的声波,人类是否能够不借助其他设备感知?

先说结论, 当声波... 显示全部 »
(吐个槽:如今知乎越来越少好好答题的人了。吐槽完毕)

首先,10000 dB 这个太夸张了,我们暂且忽略这个不着边际的比例数。只定位在这个问题上:
低于人类听阈下限频率(比如 20Hz 以下)的声波,人类是否能够不借助其他设备感知?

先说结论, 当声波的能量达到一定阈值以后,人类可以感知。

不过首先说明,这个“可以感知”不代表能够听见。既然已经低于耳蜗能够处理的频率下限,从听觉上已经不可辨认了,所以此时的“可以感知”,其实借助的(一般)是 触觉 。

估计看到这儿您也已经明白是怎么回事了。对的,在 20 Hz 及以下的范围内的震动,当能量较大时,能够产生可以被知觉的振幅较大的震动,甚至震动可以不通过固体介质直接与人体接触。

如果能量再大一些,半规管能够对震动起反映从而引起眩晕;再大一些,体内器官可能因共振造成内出血……再大就属于武器范畴了。

================ 割 ================

对应的,如果是能量较大的超声波,同样可以被听觉之外的其他途径感知,不同的是,如果超声波的能量已经可以感知,则一般已经对人体造成了一定的损害。

----------
[1]. Sonic weapon
2016-02-17更新
终于回到学校可以查阅文献了,仔细讲讲光的储存装置。
题主的问题,其实引出了一个很重要的光学研究方向,光收集(Light Harvesting)。

储存光是一个非常困难的工作,主要有以下几个原因。
1、 光路是可逆的。 大部分装置,光... 显示全部 »
2016-02-17更新
终于回到学校可以查阅文献了,仔细讲讲光的储存装置。
题主的问题,其实引出了一个很重要的光学研究方向,光收集(Light Harvesting)。

储存光是一个非常困难的工作,主要有以下几个原因。
1、 光路是可逆的。 大部分装置,光怎么进来,就能怎么出去。瓶子能装水,因为重力瓶口不用封住水也不会从上面飞出来。可是地球的重力根本不能把光限制在装置里,光可以从瓶口跑掉。当然,如果是黑洞就不一样了。 为了存储光,要不然就要发明一个单向瓶口(只许进,不许出),要不然就需要一个光子的黑洞(把光吸住跑不掉)。
2、 光的吸收普遍存在在所有的物质中。 这就比如,用玻璃瓶可以装水,因为玻璃不吸收水,也不漏水。可是普通的纸瓶子就不能装水,它吸水啊!对于光来讲,各种材料的吸收都不小(就像海绵做的瓶子装水)。即使把光装进某个装置里,也会很快被吸收光。另外,即使材料对光的吸收率非常小,可是光速太高,光和镜子的反射次数太多,光的衰减也太快。
比如,我们用银镜(最好的金属镜子,对可见光的反射率可以达到98%+,我们就认为是99%好了),做成0.1m大小的盒子,把光装起来。那么,只要1us,光大概被反射3000次,剩下的光强就只有0.99^(3000)=8x10^(-14)了,这样估计一下,1s后,光强就只剩下10^(-14000000)这个数量级了。
如果我们不利用镜子反射,而利用全反射(介质吸收比金属小),那么能达到什么水平呢?目前使用的通讯光纤,大概能做到每40km衰减一个数量级(10倍)。如果理想的实验室条件,用最不计成本的工艺和材料,能做到好于民用两个数量级,假设是4000km一个数量级的衰减,那么光每0.02s就会衰减一个数量级,1秒钟,存储装置里的光就衰减50个数量级。
可以看到, 光在物质中传播,或者在物质表面的反射,所普遍存在的衰减(光吸收),使得我们无法在宏观可用的时间尺度里存储光。 这个问题目前还没有方法能够解决(你要储存光,总归要用物质做成装置吧,可是只要是物质,不论反射还是透射,总有光的吸收)。

可是,人们还是在不懈努力去寻找储存光的方法,但并不是用来在宏观尺度上把光存起来再放出来的,而是做一些其他的事情。主要包括两点
1、光信号处理方面,暂存光可以制作一些信号处理器件。
2、光与物质相互作用方面,把光关进某个系统里,那光就只好跟系统里的物质作用了。(例如增加太阳能电池的效率,增加光催化反应的速率等等)。

出于上述目的,目前储存光的手段,已经实现了如下一些:
1、高Q值的腔,可以暂存光一定的时间。
2、慢光介质,可以把光速降低到很低,从而存储光一小段时间。
3、单通波导做成的腔,可以让光只进不出(但还是会被吸收掉)。
4、介质分布模拟空间扭曲做成“光子黑洞“
5、把光转换成量子态存储起来(不破坏光含有的信息)。

我们逐一看下科研成果
1、高Q值腔。
这部分工作主要是日本研究组做的光子晶体(Photonic Crystal)腔比较领先。不过具体这个腔能存储光多长时间,一般不是研究重点。国内的一篇工作仔细测量了某种超材料(meta-material)腔的时间延迟效应[1]。下图来自引文[1]
http://image2.qiniudn.com/26682-66fd607c5b313537246bf288d2bda1ba
这篇文献利用4mm厚的人工材料腔,将光暂时存储了2ns的时间。 https://pic3.zhimg.com/005fc9acfe0238716f192fa82d498a42_b.png
这篇文献利用4mm厚的人工材料腔,将光暂时存储了2ns的时间。
2、慢光介质。
1998年,Harvard的Hau等人,在波色-爱因斯坦凝聚的冷原子中,利用电磁感应透明(EIT)现象,将光速首次降低到了17m/s(注意单位哦!)。在这之后,很多工作都实现了慢光,甚至趋近于0的光速[2]。如果让介质中的光速逐渐趋近于0,光就被停在某个位置,也就相当于被存储起来了(可是还是很快被吸收掉了)。
图片引自文献[2],可以看出, 光被延迟了7us之多,但是也被吸收了80%。
http://image2.qiniudn.com/26682-49a48dde208c3a4007c460ec954c5e3d
https://pic1.zhimg.com/464344e1fba255be074748bec900e85c_b.png
05年,IBM公司实现了1/300光速的光子晶体器件,07年用光子晶体器件成功实现了20GHz通讯中10bit的延迟(0.5ns),给了慢光通讯学上的实际应用[3]。
3、单通波导
如果我们做一个光学腔,腔的开口处有只许进不许出的“门”,光不就被收集到腔体里面了么~,然而,在腔里面的光,还是逃不开被吸收的命运。
2008年,Stanford的华人教授范汕洄,就利用稳恒磁场下的金属材料,实现了单通波导[4]:
http://image2.qiniudn.com/26682-2dc35610f15bde49ee6a3dab8ca928b5
可以看到,在这个波导里设置一个点源,光只向右边传播,不向左边传播。 https://pic4.zhimg.com/755f30aa0da5aa271ad2ad835dc1331b_b.png
可以看到,在这个波导里设置一个点源,光只向右边传播,不向左边传播。
4、光子黑洞
2006年,Pendry提出了转换光学(Transformation Optics)的概念,指出,光感受到的空间扭曲可以用材料的介电常数和磁导率分布等效地实现。由此设计出了隐身衣[5]。
我们都知道,光经过大质量物体,受到引力作用,路径会扭曲。根据广义相对论,这是由于大质量物体周围的空间扭曲了。同样,光穿过折射率变化地介质(沙漠空气下热上冷),路径也会扭曲(形成海市蜃楼)。Pendry发现,这两种扭曲可以用相同的数学等价起来。
那么,我们只要设计特定的折射率分布,就可以等效出黑洞周围的空间扭曲,从而束缚住光,让其无法离开,这就是“光子黑洞”。
光子黑洞在2013年由南京大学的刘辉课题组实现[6](注意,这篇的通讯作者是刘辉,虽然他写在第二个),他们也做了很多后续工作。下图引自文献[6]
http://image2.qiniudn.com/26682-cda5cb32382ddfe6628f4339ff08225f
可以看到, https://pic1.zhimg.com/157e0fd743c6f6a9851a9f8480f1c5cc_b.png
可以看到, 光子黑洞,可以让光围绕某个东西打转,可是结果还是被吸收了 (看那条转圈的光线轨迹,越来越弱)
5、光转化为量子态存储
上面介绍的方法都可以把光存起来,或是一段时间,或是把光完全束缚住。可是问题是,这些方法存储的光都会被吸收。从增强光与物质相互作用的角度来讲,这是好事,可是从信号学的角度讲,这么大的信号衰减,就不好了。
于是有人就发明了一种方法,把光转化为量子态存储起来,过一段时间再放出来(这个时间延迟可以达到1s!)并且在此过程中不丢失光携带的信息[7]。
当然, 这种方法已经不是在存储光了,而是把光转化为量子态存起来。 在信号处理上,这种方法更有用。要知道,在计算机内存里面存储电信息,也要1us以内就刷新一次。而1s的信息存储寿命远远够用了。这个技术就是为了实现光计算中的Memory。

总之,目前有很多方法存储光,但是由于光吸收的问题,无法在宏观的时间尺度上存储光,即使把光收集到某个系统里,在短时间内光就会被吸收掉。
如果把光转化为其他状态,比如量子态,可以在宏观的时间尺度上存储光信息,但那就已经不是光了。


[1] "Enhancement of light-matter interactions in slow-wave metasurfaces" ,
Shiyi Xiao, Qiong He, Xueqin Huang, Shiwei Tang, and Lei Zhou,
PRB 85, 085125 (2012).
[2] "The art of taming light: Ultra-slow and stopped light"
Zachary Dutton, Naomi S. Ginsberg, Christopher Slowe, and Lene Vestergaard Hau,
Europhysics news 35(2), March 2004
[3] "Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides"
Yurii A. Vlasov, Martin O’Boyle, Hendrik F. Hamann, and Sharee J. McNab
Nature 438, 04210 (2005)
[4] "One-way electromagnetic waveguide formed at the interface between a plasmonic metal under a static magnetic field and a photonic crystal"
Y Zongfu, V Georgios, W Zheng, and F Shanhui,
PRL 100(2):802-809 (2008)
[5] "Controlling electromagnetic fields"
JB Pendry,D Schurig,DR Smith
Science, 2006, 312(5781):1780-1782
[6] "Trapping light by mimicking gravitational lensing"
C. Sheng, H. Liu, Y. Wang, S. N. Zhu, and D. A. Genov,
Nature Photonics 7, 902–906 (2013)
[7] "Efficient quantum memory for light"
MP Hedges, JJ Longdell, L Yongmin, MJ Sellars
Nature , 2010, 465(7301):1052-6
匿名用户

李晨 回答了问题 2017-04-13 08:3810 个回复 不感兴趣

狙击手是如何完成 1 公里外的狙击的?

赞同来自:

http://image2.qiniudn.com/26682-f8924960e1f29a78d3cbe922638231d3
https://pic1.zhimg.com/9b5a3726ce118304842a6cc151f8e1e4_b.jpg ... 显示全部 »
http://image2.qiniudn.com/26682-f8924960e1f29a78d3cbe922638231d3
https://pic1.zhimg.com/9b5a3726ce118304842a6cc151f8e1e4_b.jpg
首先定个基调,远程精确射击,是一项比较难以掌握的技术,不仅考验技术和装备,还得凭一点运气。
下面有知友提到,两个旋钮是固定倍率瞄准镜的设计,在超过1000米的远程狙击采用变倍设计,应包含了三个调节旋钮。
受限制于国内的大环境,作为一名军事/枪支爱好者能注意到这点非常不错,相信对远程精射也有一定的理论研究。但是就如同之前一个回答里一些朋友提出的关于“皮卡丁尼导轨”的意见,他们的信息主要来源于媒体,所以可能无法完全理解我的回答。不过没关系,我会详细解答问题。这是对我有限的知识的积累,并再次感谢这些知友们对我的鞭策。
———正文————
上面已经提到了瞄准镜旋钮个数的问题,那在开头我就先做一个的解释。为什么我在提光学瞄准镜的时候,只提到了海拔/风偏调节旋钮。
因为其他旋钮对远程精确射击没太大作用。
首先普及一个关于光学瞄准镜的知识:FFP和SFP。这是每一个买变倍瞄准镜的人都事先要考虑好的问题。FFP(First Focal Plane)、SFP(Second Focal Plane),两者的区别在于,FFP的瞄准镜中的分划线随着倍数的增大/减小,也随之增大/减小。SFP则无论瞄准镜倍数如何改变,分划线始终保持不动。因此,FFP的瞄准镜在变倍后依然能直接通过分划线里的密位点来测距、计算弹道。相比之下,SFP只有在一个特定倍数时能通过分划来直接测距和弹道补偿,一旦倍数改变必须相应地重新计算。题目问的是一千米距离射击,在这个距离情况下,FFP几乎是唯一的选择。
同型号的FFP的瞄准镜是要比SFP的版本贵一些,尤其是高变倍、远距离射击中,FFP的使用率是远超SFP的。另外,在远距离射击中瞄准镜调的肯定都是最大放大倍数,所以无论镜子上有几个调节旋钮,实际情况下,依旧只需考虑调节海拔和风偏。
真要说起来,好点的瞄准镜从来都不止三个调节旋钮。对焦/粗略测距,海拔,风偏,照明,变倍,是五个旋钮。
Vortex Viper PST 6-24x50 FFP http://image2.qiniudn.com/26682-94435e85887ab97ce307d612025bb1d6
Nightforce Beast 5-25x56 FFP 这是♂高富帅的专属。 https://pic1.zhimg.com/5f72cd0b8e44416fee0dfd3e45dabc3c_b.jpg
Nightforce Beast 5-25x56 FFP 这是♂高富帅的专属。 http://image2.qiniudn.com/26682-e2bb16e129005f391c07920e79a191f8
https://pic4.zhimg.com/b5b99308016a1dac9ae95f93669d498f_b.jpg
在一切狙击活动开始前,首先要做的事情是:尽可能精准的测距。
现代狙击小组至少配有一个观察员,这个任务通常交由他们来完成。科技高度发达的当今,使用瞄准镜/望远镜的分划线来测量距离并不是首选。在远距离情况中,一点小偏差就有可能造成几十米或更甚的距离误差。
http://image2.qiniudn.com/26682-ef878e5eb224347a3ce3b96b65bf13b5
在这名美军狙击手的瞄准镜里,我们可以清楚的观察到,戴白色面巾的塔利班武装人员身高正好为4个mil dot单位。Mil dot(密位点)是一种广泛采用的分划方式,单位是英制。1密位点代表在100码距离上的3.6英寸长。以美国陆军的密位点分划为例,从一个黑点的中心到临近另一个黑点的中心即为1密位/1 mil,一个小黑点长度为0.2密位。 https://pic1.zhimg.com/d7e1ade8c624dd9a00be8c73a63333f4_b.jpg
在这名美军狙击手的瞄准镜里,我们可以清楚的观察到,戴白色面巾的塔利班武装人员身高正好为4个mil dot单位。Mil dot(密位点)是一种广泛采用的分划方式,单位是英制。1密位点代表在100码距离上的3.6英寸长。以美国陆军的密位点分划为例,从一个黑点的中心到临近另一个黑点的中心即为1密位/1 mil,一个小黑点长度为0.2密位。
密位点计算距离的公式:(目标高度x1000)/ 密位点读数 = 距离

注意,目标高度用什么长度单位,测算出的距离也就是什么长度单位。
如果需要单位转化的话,有两个额外的公式(目标测量均为英寸):
目标长度(英寸/inch)x 25.4 / 密位点读数 = 距离(米/meter)
目标长度(英寸/inch)x 27.77 / 密位点读数 = 距离 (码/yard)

假设这名武装人员身高1.75米(68.9英寸),正好高4密位点,那么距离就应该为:
1.75 x 1000 / 4 = 437.5 米

68.9 x 25.4 / 4 = 437.515 米

68.9 x 27.77 / 4 = 478.34 码 =437.39 米

除此以外,还有很多类似的分化,原理都是一样的。
下图是美国海军陆战队的密位点分划,可以观察到,在密位点长度上略有区别。
http://image2.qiniudn.com/26682-6141a3ca859f0847646bbd121ca7225a
GAP分划线,优点是区分的更细。一个小竖线只有0.1 mil宽,一小格0.5 mil。 https://pic1.zhimg.com/b20915b96d5f04ec70180b8d20108c28_b.jpg
GAP分划线,优点是区分的更细。一个小竖线只有0.1 mil宽,一小格0.5 mil。 http://image2.qiniudn.com/26682-42c312b40301970f0f69964c3b2d6fe7
我目前正用这种分划方式,更细的小格保证了更精准地读数。 https://pic2.zhimg.com/3e5bb26b66d7e4e49e7a8b43edf27535_b.jpg
我目前正用这种分划方式,更细的小格保证了更精准地读数。
http://image2.qiniudn.com/26682-7c2d8ff4203b46c414bb1e54df3f9e58
https://pic4.zhimg.com/6fe254a2b6de73e4948ac9e721575283_b.jpg
那密位点分划测距的短板在哪里呢?
没错,就是无法精准的估算目标长度,并且无法准确读取密位点的读数。
http://image2.qiniudn.com/26682-47f47def2577e118321030a73ee806f8
从图上看,左边的哥们还能估算为2.8 mil来测距, 但如果只有右边哥们一人,则无法精准的估算出密位点读数。即使十字线中心对准头部之后,依然无法确定是2.4mil?2.6mil? https://pic3.zhimg.com/4d18d76092f56721ec00005d70badb46_b.jpg
从图上看,左边的哥们还能估算为2.8 mil来测距, 但如果只有右边哥们一人,则无法精准的估算出密位点读数。即使十字线中心对准头部之后,依然无法确定是2.4mil?2.6mil?
假设右边哥们身高1.65米,读数2.5,距离则为 1.65 x 1000 / 2.5 = 660 米
若他实际身高1.75米,实际读数为2.4,距离实际为 1.75 x 1000 / 2.5 = 729 米
这还是在目标物体比较容易估算,高清照片不抖不晃,距离不算特别远的情况下的测算误差。

因此观察手们现在都会使用:测距仪(Rangefinder)
例:Leupold RX-1200i TBR
http://image2.qiniudn.com/26682-363861f80a0239e41196198280f8cb50
https://pic4.zhimg.com/fdccb75c28ee8e5a882b39328f62a917_b.jpg
这只测距仪价格在400美元出头,不仅能即时读出距离读数,还能提供弹道补偿数据。不过缺点也明显,实测效果有限。理论最大值1215码(大约为1111米),如果途中有烟雾、树丛的遮挡效果就大减,背景对比度不高的情况下也严重干扰测距结果。实际使用距离只有标称的一半多点。想要实测出1000码,除非目标举个镜子在晴空万里的平原上对你着你笑。

当然,凡事都有例外。
Vectronix VECTOR 23 双筒望远镜/测距仪
一想到这货我就想邪恶的一笑
http://image2.qiniudn.com/26682-e3af4e7baa9ea31c724d6d3c67e6475b
这就是装了物镜消光装置的Vector 23 双筒测距仪/望远镜 https://pic1.zhimg.com/833ff55132780ec918fc0ef30362cc40_b.jpg
这就是装了物镜消光装置的Vector 23 双筒测距仪/望远镜
猜猜它可以测量多远的距离?2000米?5000米?一万米?
http://image2.qiniudn.com/26682-6f0faa1191995767c689426154ba7596
太小看它了,它的理论极限距离可以达到25公里 https://pic1.zhimg.com/33a0fab09fa9433a0ada3171d25af62c_b.jpg
太小看它了,它的理论极限距离可以达到25公里
25000米(这一定是黑科技。。。)
贴一张它和其它测距仪相对亮度的对比图,其中不乏徕卡和蔡司的产品。
http://image2.qiniudn.com/26682-666320a6f38b80cfc136306e6224f83b
可以看到,在同等昏暗的光线环境下,它的相对亮度有别人家的两倍。 https://pic1.zhimg.com/2ce395ea92e418777938bb46a206f338_b.jpg
可以看到,在同等昏暗的光线环境下,它的相对亮度有别人家的两倍。
太可怕了。。。

距离精确地测量好了,下一步就该是计算出弹道数据来调整瞄准镜了。弹道数据的调整,说白了就是调节高度(elevation)和风偏(windage),那先从比较简单的高度补偿讲起。
子弹在被射出枪管后,受到地球重力的影响而不断下坠。因此,想要远距离打中目标,子弹的轨迹必须是一条优雅的弧线。
http://image2.qiniudn.com/26682-dc6814aa4b909cc211a5bdf16a80a6dd
那我们如何知道在1000米的距离上该怎么调节高度补偿(elevation)呢? https://pic4.zhimg.com/b6e07b76c531f4408f10624390f726bf_b.jpg
那我们如何知道在1000米的距离上该怎么调节高度补偿(elevation)呢?
问观察员嘛(笑)
首先了解一个概念:Minute of Angle(MOA),中文叫角分。不用去管它是怎样划分的,只要记住1角分在100码处约等于1英寸的长度,每1角分和每100码都是成正比的。
所以:2角分在100码=1角分在200码=2英寸
1000码距离若弹孔偏下了10英寸,也等于1角分。

假设我们刚刚拿到了一把精密国际AT .308/7.62x51口径的狙击步枪 (不要抱怨为什么不是黄金大炮阻)
http://image2.qiniudn.com/26682-1f610a2a33c126270a2c4b5664c45dfc
咱高高兴兴地拿着步枪,扛到靶场,在标准为100码长度的靶道上对靶纸开了一枪。砰!果然不中靶心。细看靶纸,弹孔在靶纸的右下方。(小红圈标示处) https://pic2.zhimg.com/2d5de0f98c3c5bd6bd0f20637794594d_b.jpg
咱高高兴兴地拿着步枪,扛到靶场,在标准为100码长度的靶道上对靶纸开了一枪。砰!果然不中靶心。细看靶纸,弹孔在靶纸的右下方。(小红圈标示处)
http://image2.qiniudn.com/26682-16ffe089043863223fe6a8998c31c84c
由于这是100码的标准靶纸,每个正方形小格的间距都为1英寸(inch),所以可以观察到弹着点比我们的瞄准点偏低了4英寸,偏右了4英寸。 https://pic2.zhimg.com/7b7345955aa25236fd141d5e4a73a7c5_b.jpg
由于这是100码的标准靶纸,每个正方形小格的间距都为1英寸(inch),所以可以观察到弹着点比我们的瞄准点偏低了4英寸,偏右了4英寸。
根据角分(MOA)的定义,100码距离上1英寸的长度即为一角分,即应往上调节4角分,往左调节4角分。

具体在瞄准镜上如何调节呢?
绝大部分角分/MOA标准的瞄准镜调节最小单位都是0.25角分,也就是说,我需要连续转动16下(听到16声咔嗒咔嗒的声音)来让我的弹着点在100码处升高4英寸。转动方向一般为向右(逆时针)。
水平位移也是一样,0.25(四分之一)角分一个click,同样是转动16下来使弹着点偏左4英寸。准动方向一般朝上(顺时针)

Vortex Razor HD Gen II
http://image2.qiniudn.com/26682-08420123068123db5d8beece235ab479
如上图,瞄准镜上方的旋钮都是高度调节,右边的旋钮调节风偏。旋钮边一般会标注好弹着点调节方向。 https://pic3.zhimg.com/25ac745968cdda37be4a49ff6d61f56e_b.jpg
如上图,瞄准镜上方的旋钮都是高度调节,右边的旋钮调节风偏。旋钮边一般会标注好弹着点调节方向。
例子:200码距离,子弹打高了1英寸,偏左了2英寸。那我就应该往下调0.5角分,往右调1角分。分别对应高度旋钮往左转2格,风偏旋钮往下转4格。

除了MOA以外,还有用MRAD来调节的瞄准镜。区别于MOA的角度制,MRAD是弧度制。
1 MARD等于100米处的10厘米,或100码处的3.6英寸。
我自己用的就是MRAD调节,因为我对英制长度没啥概念,不如用公制来的准确。
http://image2.qiniudn.com/26682-4e3426c5af45eacd5879a2938c64e4b9
可以看到,MRAD的瞄准镜一小格均为0.1mrad,也就是说转动10小格在100米处距离调节为10厘米,或者在100码处3.6英寸。 https://pic3.zhimg.com/46f0e188a2a52b97a849324382b6d82e_b.jpg
可以看到,MRAD的瞄准镜一小格均为0.1mrad,也就是说转动10小格在100米处距离调节为10厘米,或者在100码处3.6英寸。

MRAD有个优点就是调节同样长的补偿距离时,只需转动更少的格数。
例如在500码(457.2米)处射击,弹着点在瞄准的靶心正下方20英寸(50.8厘米)。
MOA:500码 偏20英寸 即为4moa,一小格0.25moa,需转动16小格
MRAD: 500码 偏20英寸 即为1.11mrad ,一小格0.1mrad, 只需转动11小格

Schmidt Bender PMII 3-27x56 L/P LT H37 RAL8000 Riflescope
http://image2.qiniudn.com/26682-d4fa4c588021e16e4823575d10153512
这毒物同样也是一款MRAD调节的镜子 https://pic3.zhimg.com/6188937b69bbbd8249ce21c2d9d25046_b.jpg
这毒物同样也是一款MRAD调节的镜子
http://image2.qiniudn.com/26682-04a47077388035af434079fc1af33f02
https://pic1.zhimg.com/59dec03eb8885396b18d7d807d8637f8_b.jpg
因为有固定的标准,距离的补偿相对简单。子弹下坠的量在哪儿都差不多,真正考验技术的是测风。远距离精度射击对风的把握,需要细致的观察和长期的训练才能有所掌握。
为什么说风偏难以捉摸,是因为风太容易受环境的影响。我们需要考虑两个因素,风速和风向。
Mirage(海市蜃楼),是普遍用于计算风偏的标准。通过观察从地表升起的波浪状气体?来确定风速和风向。
http://image2.qiniudn.com/26682-e575652e47fb959cbc9217ce42031a4a
https://pic2.zhimg.com/152713e72efaea0bcaf7e1a0b7f27e31_b.jpg
通过观察海市蜃楼的情况可以大致估计风速
http://image2.qiniudn.com/26682-f1a0cb470fcdc483a807c4c433bfa35d
这是水平风向(从左到右)的时候观察Mirage得到风速的大致区分情况。风速约快,mirage的波浪线就越平。(1 英里=1.61 公里) https://pic4.zhimg.com/9ca8a4f4e21401fd69d6a6945dfd9ac7_b.jpg
这是水平风向(从左到右)的时候观察Mirage得到风速的大致区分情况。风速约快,mirage的波浪线就越平。(1 英里=1.61 公里)
那风向怎么区分呢?
http://image2.qiniudn.com/26682-2ae2eed3d7dee422e7436e46a58e0038
图2是无风情况下,透过镜子观察到的情况,如同一缕青烟直着往上冒。 https://pic4.zhimg.com/ba4fa277e1e0bc59049383adebed873b_b.jpg
图2是无风情况下,透过镜子观察到的情况,如同一缕青烟直着往上冒。
图3风向从3点到9点水平方向,总共图1,4均为从斜后方吹来的风,一个向左,一个向右。
图6风向是正后方或正前方吹来,对弹道影响可以忽略不计。
图5和图7风向则均为水平方向。

在水平方向上的风,称之为Full Value,意味着假设风速是10英里每小时,在计算风偏补偿的时候就风速就填10英里每小时。
图1和图4因为风向并非水平,即使风速一样也为10英里每小时,它对弹道水平偏移量的影响并没有那么大,这类带角度的风计算上统称为Half Value。
而6点钟或者12点钟方向的风均为No value,意思是对弹着点没有影响。
如果更细致点分的话,45度角吹来的风在水平偏移量上的影响应为风速的0.707。比如风速10英里每小时,相当于水平上7.07英里风速的横风。(其实就是个勾股定理)

不同角度风向的风速计算成横向风速的比值(下图中均取了方便计算的近似值)
http://image2.qiniudn.com/26682-a3d60fd734a7c0df735885b0972e63a5
得知了风偏数据,该如何计算风偏的补偿? https://pic3.zhimg.com/4717c56b28a8326ea43f0e5689563d8e_b.jpg
得知了风偏数据,该如何计算风偏的补偿?
不同配方的子弹风偏补偿数据不同,以标准7.62毫米北约标准步枪弹,175gr弹头重的子弹为例:
风速 x 距离 / 一个常数 = 密位点读数
注意:距离用100码作为一个单位,在不同距离上该配方的子弹常数规定如下:
http://image2.qiniudn.com/26682-a1a47ce9a97fd87bf98b92387c9d89fb
例子:在距离1000码(914.4米)狙击敌人,风速为20英里,45度角的从右后方吹来。 https://pic2.zhimg.com/d9583a86436cd2b7962bf539f0e17e7d_b.jpg
例子:在距离1000码(914.4米)狙击敌人,风速为20英里,45度角的从右后方吹来。
根据比值,实际风速= 20 x 0.707 = 14.14英里每小时。1000码距离时根据表格常数应该用37作为标准,距离为10个单位(1000除以10=10)得出:
14.14 x 10 / 37 = 3.82 密位(mil)
所以可直接把瞄准镜十字线往右偏移3.82个密位点。

或者将密位(Mil)转化为角分(MOA),只需乘以3.438,等于13.14个角分
最后需要向下转动53格风偏调节的塔轮(转的都要晕了)
http://image2.qiniudn.com/26682-df293eab08ce18512d3f349e238f5b7c
实际情况中,风速的估算很容易出现差错,包括子弹飞行途中风速的变化,还有风向不能精确的把握造成角度估计错误。这些因素导致了风偏补偿是最复杂的一个调节项目。 https://pic4.zhimg.com/36bbf607dfd4cec22d2c1e1a36d7e38f_b.jpg
实际情况中,风速的估算很容易出现差错,包括子弹飞行途中风速的变化,还有风向不能精确的把握造成角度估计错误。这些因素导致了风偏补偿是最复杂的一个调节项目。

温度、湿度、海拔和气压一般标准是在15摄氏度,78%湿度,海平面高度和一个标准大气压。这些并没有明确的公式去调节,就如同从山上往山下射击和山下往山上射击子弹的轨迹有明显差别一样,都只能依靠实地的射击取样来制作符合特定环境的弹道数据卡。这也避免了因为枪械和子弹的原因导致的弹道数据的差别,这样制作出的弹道数据,可以说是符合这把枪、这个配方的子弹的最精确数据。

弹道计算器(Ballistic Calculator )
http://image2.qiniudn.com/26682-e74a75d788e30de6e6c9f4807b4ff9d4
科技的发展帮助狙击手们大大提高了狙击效率。弹道计算器,辅助输入各种数据,有效提高了弹道测算的效率。 https://pic2.zhimg.com/57bc23464e296b3308f330f296ac6641_b.jpg
科技的发展帮助狙击手们大大提高了狙击效率。弹道计算器,辅助输入各种数据,有效提高了弹道测算的效率。
http://image2.qiniudn.com/26682-6208e96a88345c833c393899f00a8479
https://pic2.zhimg.com/653eb4771964e036d5e20ed325756b31_b.jpg
我们可以发现,想要在技术上实施一次完美的远距离狙击并不是一件容易的事情。上面这些工作狙击手们在平时要反复的训练、测量、记录来绘制真正属于自己的弹道数据。只有在实际狙击任务中发现环境超出了平时的训练程度,他们才会凭着丰富的经验和高超的技术自行计算弹道补偿数据。

po几张图玩 ^ ^
http://image2.qiniudn.com/26682-2783bc84ce79aea3b3eb5a83080206b5
https://pic1.zhimg.com/6a570838fb8f5427c7789963ca1c3980_b.jpg
http://image2.qiniudn.com/26682-82a8c2216d4245bdb6e7378a359b4b0f
远程精射说难不难,说简单也不简单。Youtube上一票人能打1000码,2000码,甚至还有3000码的,更厉害的有个大叔拿左轮打1000码。远程精射考验的是综合素质,不仅要有好枪、好镜子和好子弹,更需要沉着的心理素质和过硬的技术。 https://pic1.zhimg.com/3027d7bfcdd7a816bbb8e1a1a968c95c_b.jpg
远程精射说难不难,说简单也不简单。Youtube上一票人能打1000码,2000码,甚至还有3000码的,更厉害的有个大叔拿左轮打1000码。远程精射考验的是综合素质,不仅要有好枪、好镜子和好子弹,更需要沉着的心理素质和过硬的技术。
1000米距离上7.62毫米口径其实已经比较吃力了,实战中更多的会选用.338LM口径或者.50bmg口径,这些大口径弹药在远距离的弹道表现上远好过7.62毫米NATO。实战中能用7.62毫米口径狙击步枪成功狙杀1000米外的敌人,都已经可以记录在案了。

狙击手要做的不仅仅是能打到,还要能做到在恶劣复杂的环境下能稳定击中目标。这就是专业狙击手们和远程精射爱好者们的最大区别。

正可谓,养兵千日,用兵一时。

———全文完————
我最近在跟着朋友做的东西跟你这玩意差不多。

你,特么,根,本,就,不,知,道。
有,特么,多少,技术难点。

Talk is cheap, show me the code.
            Linus Torvalds
--------... 显示全部 »
我最近在跟着朋友做的东西跟你这玩意差不多。

你,特么,根,本,就,不,知,道。
有,特么,多少,技术难点。

Talk is cheap, show me the code.
            Linus Torvalds
---------
ps. 曾经在这个回答下喷我的题主,在 7.27 更新:「找到了一个不可协调的矛盾」。
匿名用户

傅渥成 回答了问题 2017-05-19 13:1810 个回复 不感兴趣

哪些自然科学原理可以用来思考社科问题?

赞同来自:

在没有把握住要领的时候,想要了解自然科学,关键就是「不要联想」,联想根本就不是理性思维。

为什么我们要用数学来思考,关键就是,如果有两个问题可以用同样的数学表达式表达,那么这两个问题就才可以被认为是一样的。如果没有数学表达式,那这种联想很可能就是错的。现象的... 显示全部 »
在没有把握住要领的时候,想要了解自然科学,关键就是「不要联想」,联想根本就不是理性思维。

为什么我们要用数学来思考,关键就是,如果有两个问题可以用同样的数学表达式表达,那么这两个问题就才可以被认为是一样的。如果没有数学表达式,那这种联想很可能就是错的。现象的相似性不能说明任何的问题,只有机制的相似才让社会科学问题跟自然科学问题有了相似性。例如「楞次定律」这就跟群体动力学没有什么直接关系,一个社会也很可能根本不是封闭系统,融入一个社会时候的「阻力」不一定能类比成电磁相互作用。

用题主在描述中所提到的个体感受到的来自于团体的「阻力」来举例。假如一个「社会」的 Landscape 对一个新进入者来说是一个马鞍面(如图,图引自 Saddle point ),那么究竟是产生「阻力」还是「吸引力」,就只跟它相对于鞍点的位置有关,跟它是「进入」还是「离开」就毫无关系了,例如在某一宗教团体,如果你信仰该宗教,则不管你是不是新进入者,你都感觉到吸引,而如果不信仰,则只会越来越远离团体。
http://image2.qiniudn.com/26682-254928bd15ff12c0b6c212bcf318b6e8
https://pic3.zhimg.com/42077eb7dcd03ec2da3eff3bef53371e_b.jpg

融入一个社会产生阻力,我能想出很多种理由产生这种「阻力」:
(1)因为与其它个体产生了直接的排斥相互作用;
(2)因为体系有个饱和浓度,而目前已经处在满占据状态(房间已经住满了,或者资源已经被其他人分光了);
(3)因为马太效应,新进入一个群体的个体只能收到较小的反馈,与其它能在群体中大量获利的个体相比起来,就显得「有阻力」;
(4)因为新进入体系的个体有某种特征,「阻力」跟这个特征成正相关,例如刚进入一个运动俱乐部的人可能缺乏运动技巧,很多难度较高的运动活动可能没法参加;
(5)新进入体系的个体没有经过多次博弈,而其它个体经过无穷次博弈早就达到了均衡,成为了互不告密的囚徒,这个新来的天天告密,于是遭到一报还一报,这也是一种「阻力」。

你看,一个社会科学问题,可以从各种各样的角度去理解,针对这些不同的理论,我可以用不同的自然科学原理来做:
(1)个体间的相互作用可以用类 Ising 模型来处理: http://image2.qiniudn.com/26682-6f0ea9605c8ec69190998405a9733f5c
,但这个 Ising 模型不一定处于简单的格点上。格点上的情况只可以用于描述个体与个体之间短程的相互作用,且只能解决每个人的「邻居」数是差不多相同的情况;
(2)饱和浓度的观点可以用一个 希尔方程 来处理。从动力学的角度,可以将这个问题转变为吸附问题,用不同的吸附模型来处理这一问题,例如: Langmuir adsorption model 等等;
(3)马太效应(特别是社交网络上的马太效应)的讨论,可以用模拟、或者类似 Quantitative and empirical demonstration of the Matthew effect in a study of career longevity 等文章的方法来分析;
(4)认为阻力与特征因素 http://image2.qiniudn.com/26682-eb4addc97bf444b391337f60b2e13a61
呈正相关(例如缺乏某技能,则 http://image2.qiniudn.com/26682-71a0193e2f539f18785915cf79d49065
;掌握了某一技能则 http://image2.qiniudn.com/26682-efe2288fa6e8893307130dabd3cedb70
),于是可以引入一个唯象的阻力: https://zhihu.com/equation?tex=f%3D-%5Cgamma+v%5E%5Cmu
,特别的,当阻力跟因素 http://image2.qiniudn.com/26682-eb4addc97bf444b391337f60b2e13a61
成正比的时候,则方程可以转变成粘滞阻力的表达: http://image2.qiniudn.com/26682-76f5d0c850c720722b9f719407cc257d

(5)这类问题除了用博弈论的模型直接处理之外,也可以转变成第一类的问题来处理,当然,模型也不应该只限定在格点上。

科学研究的过程,或者说被人审稿的过程,就是不断被人提出其它可能性,而你来亲自排除这些可能性的过程。在这样的过程中,任何预先的假定都可能最终被证明是错误的。

为了避免出错,在对社科问题进行联想之前应该考虑的是,我关注的真正社科问题是什么。例如我关心「融入群体时候的阻力」,那就别只是泛泛而谈「阻力」,而要去想这个阻力是因为什么而引起的,我们忽略哪些因素,着重讨论哪些因素,这样就可以怎样用一个数学模型来表达,这个数学模型对应于物理、化学上的哪些可解问题。

哪些自然科学原理可以用来思考社科问题?

这个高分辨率超廉价头戴式显示器,在设计上有什么问题?

狙击手是如何完成 1 公里外的狙击的?

可不可能制造一组由镜片组成的装置来储存光?

10 Hz 的声音就算响度达到 10000 分贝人类也听不到吗?

钢进行淬火的目的是什么?

毛细管内液体临近沸腾时凹液面是否变平?

趋近绝对零度,压强为0的情况下,水是什么样的状态?变成冰还是汽。

空调「变频」到底是什么意思?与普通空调有什么不同?实际省电、静音效果如何?

怎样直观的理解一般的自由能与吉布斯自由能?

如何理解自由能?

当大小不一的颗粒放在同一个容器里的时候,如果大颗粒密度大于小颗粒,还会是小颗粒沉下去吗?

如何理解量子物理或统计物理中几乎无处不在的 exp(-E/kT) ?

如何理解生命微观上的随机无序性与宏观个体表现出来的有序性?

为什么耳机线从口袋里拿出来后总是缠绕在一起?

关灯后,灯光到哪里去了?

「新型 X 射线激光衍射测定蛋白质结构」与传统 X 射线衍射的区别有哪些?

对着一摊剧毒药物撒尿,毒药会不会顺着尿柱溶解进我的身体将我毒死?

熵与温度有什么关系?

熵增理论在经济学中如何应用?有相关研究成果吗?

熵增是否和引力相矛盾?

「世界最长超导电缆近期正式应用于德国电网」意味着什么?

超导体的零电阻是绝对的零,还是一个极小极小值?

迈锐宝是怎么做到承重 15.6 吨的?

地球为什么自转?

经典力学中有哪些违反直觉的现象/实验?

什么叫做量子点?

在晶体凝固过程中为什么平面处界面能小,而尖锐处界面能大呢?

粒子对撞机是如何保证两个粒子能撞在一起?

牛顿摆的理论解释是什么?