《茶杯里的风暴》读书笔记:从日常生活中的小事,看懂背后的物理学
By Long Luo
几年前,我在图书馆里闲逛时,在书架里发现了这本书《茶杯里的风暴》,当时阅读了其中几个感兴趣的小节,但并没有全部读完。正如这本书的副标题:用日常之物揭开万物之理,这本书从日常生活入手,带你从生活中随处可见的现象中挖掘物理学的奇妙之处。正如拥有绝对音感的人,听到的所有声音都是音阶 ,而熟悉物理的人则知道日常生活中蕴含的物理知识。具体到刚才的声音,听到声音是耳朵接收到空气分子的振动,振动传入鼓膜,经过放大,最后变成神经信号从而被大脑感知,这其中每一步都蕴含了非常丰富的物理知识。
《茶杯里的风暴》英文原版本是《Storm in a Teacup: The Physics of Everyday Life》,作者是英国女物理学家 海伦·切尔斯基( \(\textit{Helen Czerski}\) ) ,她是剑桥大学物理学博士,伦敦大学学院物理学家。
Storm In a Teacup 是英语习语,意思是“小题大做、一场小风波”,但作者又把它重新按照字面意义理解:把不重要的事情看得非常重要。就好像在只有轻微波动的天气情况下,却像遇到了巨大的风暴一样做出反应。
序章
物理定律适用于宇宙任何地方,
地球上的物理学定律适用于宇宙中的任何地方
蝎子
反光外套
对人类来说,荧光现象简直就是免费的午餐;我们本来看不到的紫外线转化成了可以利的可见光,但我们不用付出任何代价。
物体总是倾向于保持原来的运动状态,除非你对它施加外力。你可以用熟鸡蛋和生鸡蛋做个实验,生鸡蛋
人类对世界充满好奇,满足好奇心会带来极大的愉悦。要是能够亲手解开谜题,或者和别人一起走过发现之旅,你还会得到更强的满足感。
世界如此复杂,任何人都不可能完全理解所有细枝末节,但在这条道路上,基本原理是价值连城的宝贵工具,值得你随身携带。
科学不只关乎搜集事实,还涉及解决问题的逻辑推理过程。
柠檬汁会催化水果里的天然果胶,让果酱变得黏稠。而柠檬汁之所以有这种效果,是因为它是酸性的。
第1章 爆米花和火箭——气体定律
这一章主要是讲气体定律,主要是通过一些日常
理想气体状态方程为:
\[ pV = nRT = NkT \]
亦可写为
\[ \frac {pV}{T} = C \]
其中,\(p\) 为理想气体的压强,\(V\) 为理想气体的体积,\(n\) 为气体物质的量(通常是摩尔),\(R\) 为理想气体常数,\(T\) 为理想气体的热力学温度, \(k\) 为波尔兹曼常数,\(N\) 表示气体粒子数, \(C\) 为对于一定质量理想气体的常数。
玉米粒的微型高压锅
爆米花
但它们都被坚韧的外壳紧紧包裹在致密的种粒
玉米粒为什么会变成蓬松的爆米花,而没有直接把自己炸得粉身碎骨呢?
爆米花是如何制造生成的
,胚乳内部的水开始蒸发变成气体
,玉米粒内部温度上升到180℃时,内部气压差不多达到了标准大气压的10倍,凝胶看到了胜利的曙光。
坚韧的种皮破裂的瞬间,种皮内部的物质立即暴露在外部环境的压强(标准大气压)下,这些物质的体积也不
淀粉凝胶内部灼热的分子仍在左冲右突,但外面却再也没有什么东西束缚它。于是凝胶开始爆炸性膨胀,直至其内部和外部气压相等。致密的白色凝胶变成了蓬松的白色泡沫,
抹香鲸和福卡恰面包
水下10米深处的水压相当于标准大气压的2倍。在这个深度,尽管抹香鲸还能轻松看到水面上的东西(只要它愿意去看),它的肺仍会缩小到原来的1/2。
从演化的角度来说,抹香鲸唯一的对策是从离开海面那一刻起彻底关闭肺泡。好在它可以通过血液和肌肉中额外储备的氧气获得足够的能量。抹香鲸体内的血红蛋白浓度是人类的2倍,肌红蛋白(肌肉中储存能量的蛋白质)浓度则是人类的10倍
因此,每个气泡都会随着温度升高而增大,迫使面团向外膨胀。