来自 电话外交 2019-02-22 23:39 的文章
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中科院井盖涂鸦火了 24张设计图和公式原理曝光

  近日来在朋友圈里频频刷屏的“中科院井盖涂鸦”,又火了一把。今天,在中国科学院物理研究所举行的公众科学日活动现场,来访者纷纷和“换上了新装”的井盖合影留念,成了这片略显单调的基础科学园区里,一抹别具一格的风景。

  一只青蛙站在木块上在河中自在地漂流,背后蕴含的便是大家熟知的阿基米德浮力定律;一只猫咪望向鱼缸中的小鱼,猫咪眼睛看到的鱼的位置比它实际的位置要高,这其实是斯涅尔定律,也就是光的折射定律在中间“捣鬼”;一位男士向心仪的女生告白成功,而旁边的另一位男士却心灰意冷,其中的奥义就在他们身上箭头的方向上——描述微观粒子运动规律的泡利不相容原理让这个爱情故事变得“几家欢喜几家愁”……

  这些井盖上的卡通图案,将物理学中具有代表性的经典公式进行了通俗化和艺术化的呈现,这在国内众多的井盖涂鸦活动中十分罕见。中科院物理所所长特别助理、综合处处长魏红祥告诉记者,为迎接即将到来的中科院物理所90周年所庆以及一年一度的大型公众科学日活动,该所特别组织策划了这场园区内的井盖涂鸦活动,他们从上千个物理学核心知识点中反复斟酌,精选出了24个公式,邀请专人进行艺术设计,所内上百名志愿者完成涂鸦工作。

  今天中国青年报·中青在线张涂鸦的设计原图,以及一一对应的物理学公式、科学原理解释。

  傅里叶变换是最常用的一种积分变换,积分变换意思也就是通过积分将关于某个变量函数转换关于另一个变量的函数。比如在信号处理领域,傅里叶变换将时域信号,即一个关于时间t的函数,转变成频域信号,即关于频率k的函数。这让我们更加直观地看出特定信号的频率特点。它在物理学、信息学科等各领域都有广泛的应用。值得一提的是,很多芯片中就有专门进行傅里叶变换的组成部分。

  或许这种形式更出名,这是欧拉公式的特例,它刻画了几个数学常量epii之间神奇的联系。欧拉公式有明确的几何含义,复数可以一一对应到二维平面上,称这个二维平面为复平面。而欧拉方程告诉我们单位圆上的复数与其幅角的关系。欧拉公式联系了复数和三角函数,是最基础的复数公式。

  高斯定理表现了电场的性质,如果计算一个闭合曲面上的电场通量(直观理解电场通量就是通过曲面的电场线数目)之和,那么它恰好正比于闭曲面包裹的电荷数,其比例是介电常量。其实不止是电场,任何满足平方反比率的有源场都满足.高斯定理

  斯涅尔定理就是大家熟悉的折射定理。光经过不同介质界面时会发生折射,折射的大小与折射率有关。现实生活中的例子就是将筷子一端倾斜着插入水中,从水面上看筷子似乎断了一样。而斯涅尔定理定量刻画了光线入射角与折射角的关系,即他们正弦的比等于两种介质的折射率比。

  法拉第电磁感应定律也是大家熟悉的定律,磁通量的变化会诱发电场。法拉第研究磁生电的故事相信大家也在高中课本里学过。因为只有运动的磁体才能产生

  大名鼎鼎的麦克斯韦方程组。其实当初麦克斯韦总结前人经验,提出麦克斯韦方程组时,其形式远远没有现在简洁。通过后人的继续研究,人们才提出这样简洁优美的麦克斯韦方程组。它由四个微分方程组成,刻画磁场与电场的关系,理论上结合一些边界条件可以解决任何电磁学问题。图中表现的是电磁波,电磁波是横波,其电场和磁场振动方向互相垂直,都垂直于电磁波传播方向

  伯努利在1726年提出的流体力学原理,基本内容是压力势能+动能+重力势能=常量。其本质是机械能守恒。咱们生活中最常遇见的结论就是速度越快压力越小。图中就一个简单实验,一张普通a4纸,抓住一边,向另一边用力吹气,纸另一边就会飘起来。

  1924年德布罗意在他的博士论文中提出,任何物质都具有波动性。其波长满足,后来他的预言电子衍射实验所被证实,他也因此获得了1929年诺贝尔物理学奖

  1926年奥地利物理学家薛定谔给出了著名的薛定谔方程,它是量子力学最基本的方程之一,同时还有著名的薛定谔的猫思想实验,如果把猫关在箱子里,里面有一个可能衰变粒子控制的毒气装置,粒子衰变时候会触发毒气装置杀死喵喵,那么没观测粒子之前粒子处于叠加态上,那么猫是不是也处于又死又活的状态上?

  量子力学里非常有名的关系,1927年由海森堡提出,即一组互相不对易的力学量无法同时准确得到。对于粒子动量和位置而言,就是指无法同时测量得到粒子的位置和粒子的动量。注意不确定关系是系统的内秉性质,与观察者无关,所以称之为测不准原理是不正确的。

  刻画了一个描绘混乱程度的物理量熵与系统微观状态数的对数成正比,其比例为玻尔兹曼常数。而熵是系统重要的状态量之一。

  爱因斯坦在1905年提出光量子的概念,认为光子能量是一份一份的,成功解释了光电效应。

  初中就学过的经典定律,物体在水中受到的浮力等于其排开水的质量。相传是阿基米德在洗澡时候发现的。

  传说中牛顿被苹果树砸中后得到的方程。实际上是,牛顿在家乡躲避瘟疫时,仔细研究开普勒三定律后发展得出的定律。

  爱因斯坦最被人津津乐道的看上去最简单公式——质能方程。物质的能量等于其质量乘以光速的平方,举个例子,1g物质内涵的能量释放出来相当于2w吨TNT爆炸释放的能量。(记者邱晨辉)

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