如何科学上天？| No.126
我们平时互相开玩笑经常会说
“看把你给能的，你咋不上天呢？”
以此来形容对方的膨胀。
那么今天！
我们就来科学的讨论一下！
怎么上天？？？
搭配BGM食用更佳 ╭(●｀∀´●)╯（点击音频图标即可食用）
我想投个稿，问个问题，就是我和女朋友去荡秋千，她没人推可以自己荡起来我就不行..我觉得这个很不物理。她可以自己提供内能但是秋千增加的角动量从何而来？
by 🦅
A我们先把模型简化，我们假设人在秋千最低点突然站起来，然后在最高点突然蹲下。那么为什么这样可以越荡越高呢？对于理想的单摆来说，摆动的最大高度应该一直不变。但是对于重心高低改变的人，当人以蹲姿从最高点A运动到最低点B，重心下降h1，由于在最低点突然站起来，重心从B变到C，高度上升h，接下来人从C运动到对侧最高点D。由于h的存在，B和D之间的高度差h2一定大于h1，这样就实现了秋千荡起高度的上升。接下来人要在D点马上蹲下来开始下一个蹲下、起立、蹲下的周期。以此往复会越荡越高。
读者可能会问，角动量从哪里来。根据角动量定理，体系的内力不会改变总角动量。而绳子通过参考点所以拉力的力矩为零，唯一可以提供力矩的力是重力。从角动量角度可以这样分析：从A到B转动角度为θ，由于重力做功获得角动量。人在B点站起后质量分布开始靠近参考点，所以重力的产生的力矩大小会减小，但总角动量不变，所以从B到D转过的角度大于θ，接下来人要马上蹲下开始下一个循环，秋千会越荡越高。
正是相邻两次下降过程中的摆角大小不同，进而导致重力产生冲量矩也不同，这才让人在B处角动量越来越大，看起来有种角动量不守恒的错觉。
By Nothing
有道是山雨欲来风满楼，为什么下雨之前会刮风呢？
by Yaaaaaa
A首先要说明，下雨不一定伴随着明显的风，但下雨时确实经常伴随着刮风。
要想回答题主的问题，我们先来看一下为什么会下雨？一般来说，阳光普照，使水吸热蒸发，水蒸气上升到温度较低的高空中，如果空中富含凝结核，水汽就会凝结成小水滴形成云。此时，这些小水滴还比较小，可以被空气托住。
如果此时遇到冷空气，小水滴会继续变大，当大到空气托不住它时就会形成降雨或者冰雹。
云若遇到冷空气，云中的小水滴继续凝聚逐渐增大形成大水滴，白云变成黑云。当大水滴越来越重，从而空气托不动它时便下落到地面形成雨。如果富含水汽的空气遇到的是非常强劲的冷空气小水滴会迅速变大形成雷阵雨等极端对流天气。
可见，冷空气的出现会促进降雨。而冷空气会给当地带来风，一方面冷空气的移动自身就会形成风，另一方面，冷热空气之间的对流也会形成风。这也就是下雨之前经常刮风的原因。
By Nothing
把U盘插充电宝上，他们会坏吗？
by 西里
A首先，我们需要假设U盘和充电宝都是标准USB接口的，并且它们都是合格的产品。
如果大家仔细观察过USB接口（USB2.0的标准A接口为例），应该都会发现接口中有四个电极。这四个电极的中间两个对应是一对差分信号线。而外侧两个接口则是用于供电+5V电源和相应的地线，充电宝也是通过这两根线给其他设备充电。在充电宝的接口中也有信号线对应的两个电极，但是为了防止环境中的电磁噪声的干扰，这两个电极一般会在充电宝内部被短接。如果将U盘插到充电宝上，充电宝会通过电源线给U盘供电从而使U盘开机，但是用于通信的信号线是被短路的因此并不会进行通信等操作。因此，对于合格的满足标准的U盘，只是上电开机并不会被损坏。
实践是检验真理的唯一标准，只好冒着损失一块U盘而吃土一周的风险，通过实验验证把U盘插充电宝上，U盘到底会不会坏？在实验中我们使用的是一款普通的小米充电宝和一个64GB的金士顿U盘以及一块1TB的联想移动硬盘。
为了测试通过U盘的电流，我们在U盘和充电宝之间串接了一个USB接口专用的电流表（某宝有售）。将U盘插在充电宝上后电流大约是10mA，这差不多是一个普通U盘正常待机的电流。而将移动硬盘接入充电宝时通过的电流大约是350mA，并且可以听到解析硬盘转动时的沙沙声。为了进行对比，我们还分别测量了U盘和移动硬盘在写入和读出时的电流。对于U盘，写入时电流约为60-150mA，读出时电流约为40-60mA。对于移动硬盘，写入时电流约为500-700mA，读出时电流约为500-600mA。
通过以上的分析和实验，我们可以初步得到把U盘插充电宝上并不会损坏的结论。但是不排除不合格充电宝或U盘导致损坏等意外情况。
By 原子
为什么两个影子靠近时会相互吸引？怎么确定是谁吸引谁呢？
by cx初雪
A影子相互“吸引”的现象，主要是由半影效应导致的。大家生活中常见的光源，往往都不是理想的点光源，例如太阳、烛火、日光灯等，都是具有一定大小的。因此地面附近物体的影子，通常可分为两个区域：中心部分太阳光完全被遮挡，看起来最暗，称为本影；边缘附近，只挡到太阳光的一部分，形成模糊的明暗过渡区，称为半影。
从地球上看，太阳视角略大于0.5度，从而离地1米的物体半影宽度接近1 厘米，肉眼明显可见。当两个物体相互靠近时，半影接近并重叠，重叠部分比普通半影更暗；越是靠近，其暗度越接近本影，从而看起来像是两个影子相互“吸引”并连接在一起，如下图动画所示。至于你问“谁吸引谁”，依前述分析看，这个“吸引”效果是两者共同形成的，不存在谁主动谁被动的问题，要研究的话其实也可以，但是得先给吸引方向下个较为明确的定义。
此外，如果你用细长的日光灯做实验，还会发现平行和垂直于日光灯的两个方向上，影子吸引的程度也有所不同，这其实就是因为半影区域的大小与光源在相应方向上的尺寸有关。值得一提的是，由于眼睛对亮度的感知具有一定的非线性效应，还会将中间半影重叠区的亮度进一步低估，从而增强这种“吸引”感，当然，这是另一个话题了。
By 李治林
如果在地球上搭一个足够长的梯子到月球，人能否慢慢地爬上月球，而不需要第一宇宙速度。假设人可以一直爬。
by 天平ヾ中央
A空间电梯的概念最初出现在1895年，由康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出。相当长的一段时间里，它仅仅只是一种科学幻想。也有不少公司曾计划实施这一项目，但目前为止都未实现，事实上也都是止步于设想，因为找不到一种合适的材料来制造足够强度的缆绳。
这事到底有多难呢？
首先，月球与地面不是相对静止的，月球不能保持在地球一个固定地点的上空，因此无法做一个连接月球和地面的梯子。
退而求其次，我提出两个备选方案
方案一：
月球上挂一个梯子，与地面不链接，这个梯子的底端随着月球跑，跑到你家门口你才能上车（一天绕地球一圈，但很可能不会经过你家门口），或者你追着梯子跑（你需要日行八万里的速度）
说明：由于地月之间的潮汐锁定作用，月球的自转、公转周期相同，始终以一面面向地球，这是这个方案的基础。而如果若干年后地月之间的潮汐锁定完成，地球自转与月球公转也将同步，届时月球停留在地球固定地点上空，则可以使用前述两头连接的梯子。
方案二：
地球上挂一个梯子，上端与月球不连接，每天有一次与月球擦肩而过的机会（相对速度大概是28km/s），把握机会爬上去。
你们猜哪个容易一点？
其实上述困难通过转乘其他交通工具还是很好解决的，毕竟不能真的纯靠人肉爬梯子。困难不在于爬梯子，而在于造梯子。我来算一下太空电梯到底需要多大强度。
这里我要计算两件事：单位质量（1kg）载荷在不同高度保持稳定所需牵引力，太空梯在不同高度所需比强度，即单位线密度（1kg/m）太空梯要抵抗“自重”（此处自重一词包括了地球、月球引力及“离心力”）在不同高度所需内力。
方案一：
这事比较简单，在地面上你把1公斤东西提起来就需要大约9.8牛顿的力，而离地球越远，受地球引力越小，物体就越“轻”。另外考虑到它还要随着太空电梯绕地球转，还有“离心力”在帮你，在绕转角速度确定的情况下，“离心力”离地球越远也是越大。
（其实即使是在地面上提重物也有“离心力”在帮忙，因为地球有自转。而这个方案中太空电梯绕转速度是一个月一圈，远远小于地球自转的角速度，要到27倍地球半径的轨道高度才能提供相当于地球自转提供的“离心力”）。
另外，在越过了地月拉格朗日2点之后，月球引力占主导，维持稳定就需要反向往回拽了。
这事就难了，要求比强度最高达到60GPa/(Kg/m³）。如果1米太空梯自重1公斤，那这么长的太空梯要维持“自重”，其各部分所需承受的力量如图，最高达到了6千万牛顿，也就是在地面上把6千吨的重物提起来的力量。直观一点，10根这种材料要提得起辽宁舰，而这种材料每米只能自重1公斤。在材料、工艺固定的情况下，要提高强度难免也要提高线密度，而更高的线密度又需要更高的强度。
（参考上面两个图，在低高度时单位质量物体自重（地、月引力与“离心力”合力）较大，而高高度时太空梯因需承担其下面更多太空梯的累积自重，所需强度更高。故可以在低高度少用材料减轻负重，在高高度多用材料加强强度。具体方案就不计算了。）
方案二：
该方案绕转速度与地球自转同步，故到地球同步轨道高度时“离心力”就能抵抗地球引力了，而再向高处走时，需要反向拉扯抵抗“离心力”。同样，每次靠近月球时要考虑受月球引力影响很大（该图包括下图画的都是是正冲月球时的受力）。
这个方案由于绕地球转动角速度太大，高轨道高度处巨大的“离心力”累积影响使得最高需求的比强度达到380GPa/(Kg/m³）
------分割线------
那我们现在手头上有多强的材料呢？这事我不专业，我咨询了我们专栏的原子大神，他说：
「目前最强的材料大约是7GPa（一种碳纤维，可以量产）对于不能量产的，已知的应该是石墨烯和单壁超长碳纳米管，能到100-200GPa，这个是理论值。密度都是2点几（单位是与水的相对密度），具体的不清楚。」
好，就算我们造出38万公里长的石墨烯或者单壁超长碳纳米管材料，它最高也就大约提供100MPa/(Kg/m³）的比强度，只达到我要求的1/600。
总结：爬梯子不难，造梯子难。祝愿大家都能活到梯子建成的那一天！
By 起个笔名真难
鸣谢：原子
为什么炒菜的时候油和水混在一起的话会溅出来？还有据我多次观察铁板，发现烤肉渗出的油滴是圆的，请问是为什么？
by 平家以
A首先，正常大气压下，水的沸点为100℃，而家里用的食用油沸点一般在200~400℃。当在加热的油（大于100℃）中，倒入沸点为100℃的水，这个时候发生的溅出来现象，我们成为暴沸。在热油中倒入水，此时水的温度瞬间升高至100摄氏度，而水由于密度大，沉到了油的里面甚至下方，小水珠在升温的一瞬间变为了水蒸气，对周围的油瞬间产生巨大的压力，从而溅出来甚至产生爆炸声。
此外，当油锅着火时，往里面加水也是一个错误的做法。因为水相比油的密度要大一些，因此水扔进起火的油锅中，不仅增高了油面，也增加了燃烧的范围，并不能起到隔绝空气的作用，因此正确做法采用的是将锅盖把锅盖住。当然对于食用油而言，相比沸点，油的冒烟点才是我们需要关注的性质。冒烟点，顾名思义，指加热的油产生烟的最低温度，在此温度以上，油的成分会发生变化，产生各种有害物质。因此根据不同的烹饪手段，我们需要采用不同冒烟点的油。
扯远了，我们回到正题，烤肉渗出的油滴是圆的这一现象，就和荷叶上的露珠相似，都是表面张力作用的结果。（圆形是表面积最小的形状）
By Aaron Chen
高考的考场内如何做到信号屏蔽的呢？
By DON
A我们首先来看对手机的屏蔽。一般来说，手机信号频段是相对固定的，而且都是与附近的基站进行通信，那么要屏蔽手机信号只要做到在手机的频段内发射比手机信号强的多的噪声信号，使得手机无法与附近的基站进行通信（类比到声音上就是相当于放一个特别吵的噪音源，两个人互相之间就听不清对方在说什么了），就可以实现对手机信号的屏蔽，实际上这也是战场上的常用的电磁干扰的方式，在特定频段的干扰会导致依赖这一频段的无线通讯电子设备失去战斗力。著名科幻小说作家刘慈欣曾经写过一部小说《全频带阻塞干扰》里面描述的就有类似的情形，大家感兴趣可以看一看。除了手机，还有一些电子设备使用的频段比较特殊，针对这一情况，一般考场还会有来回巡视的信号检测器，可以检测到很宽频带上的信号，一旦检测到就会严格调查。预祝明年要参加高考的高三学子们都能好好复习，考出理想的成绩。
By 望江楼
交流电，直流电可以互相转化嘛？如果可以，怎样转化？
by 璟光瑛华
A先讲交流电转化为直流电，就是我们常说的整流器。整流器，其组成单元就是二极管(如稳压的pn结)和导线（这里我们不提及晶闸管整流器）。二极管有一个特性就是，沿着箭头方向元件电阻很小，反之极大。整流器的基本原理就是利用二极管（正向电压导通，反向电压截止的原理），得到直流。整流电路分为半波整流，全波整流以及倍压整流等等。这里就不对其一一赘述了，有兴趣的小伙伴可以百度，wiki之。整流器在我们日常的家用电器中随处可见。
反之，将直流电转化为交流电的装置称为逆变器。既然电源是直流电，那么一个很简单的想法就是让电流有频率的正反向输出就能得到交流电啦，这也是逆变器的原理。我们定义操作1：S1和S4闭合，S2和S3断开；操作2：S1和S4断开，S2和S3闭合。我们通过控制操作1，2的切换周期，就可以得到交流电啦。
生活中逆变器的应用有变频空调，电动汽车等。
By Aaron Chen
本期答题团队：
物理所 李治林、Aaron Chen、Nothing、望江楼
国家天文台 起个笔名真难
清华大学 原子
写下您的问题，下周五同一时间哦~
↓识别下方二维码快速提问↓
上期也精彩
编辑：望江楼
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓
1. 中国从哪里来？
3. 6小时烧了近2000万件珍宝，巴西大火中我们都失去了什么？
6. 只用一个中学数学公式，他中了14次彩票头奖，多国彩票规则因他改变
9. 这是不用公式就能看懂的数学和物理，看过了的都说好（上）