用一盆水,一张纸,一台电子秤,如何测量一个给定
用一盆水,一张纸,一台电子秤,如何测量一个给定排球击打在地上对地的作用力有多大?
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共 373 个谜语
用一盆水,一张纸,一台电子秤,如何测量一个给定排球击打在地上对地的作用力有多大?
为什么跳蚤、蚱蜢、人和狮子,尺寸差异那么大,但能跳起的最高高度都是 1 米左右(最多相差一个不超过 2 的系数)?
答案猫猫狗狗老鼠老虎,可以跳起的高度都在 1 米这个尺度左右——猫猫和狗狗都能跳 1 米左右,老鼠能跳 40 厘米,老虎能跳 2 米。你以为袋鼠牛 B 吗?其实袋鼠也只能跳 2 到 3 米高。注意,这里的跳起高度并不是指“手能摸到的高度”,而是生物让自己重心升高的高度。 有人可能想到了原因。一个动物身体小,力量也小,但正因为它身体小,跳起 1 米也不需要太大的力。反之,大型动物力量倒是大,不过要跳起来确实也需要很大的力。这就让动物们能够跳起的高度变得平衡。 不过,为什么这两个因素能够平衡,而不是一个压过另一个呢?假设生物的形体和密度都相近,我们就可以漂亮地证明这一点:把一次跳跃中足部可以提供的能量记作 E ,生物自身的重量则记作 W ,那么生物跳起的高度应该正比于 E/W 。如果再把生物的尺寸(一维上的长度,比如身长)记作 L ,那么 W 是与 L3 成正比的。而 E 则等于肌肉提供的力乘以这个力能够牵引的肢体运动距离,其中前者与肌肉的横截面积成正比,也就与 L2 成正比,后者和足部长度成正比,也就是和 L 成正比。因此, E 和 L3 成正比。于是, E/W 与 L 无关! 小时候大家应该都听说过,跳蚤巨牛无比,能跳起 1 米多高,是自身高度的 100 多倍。原来,不管什么都能跳起 1 米多高,这个倍数关系这么惊人,只是因为跳蚤自己太矮罢了。
云是由小水滴组成的。水的密度是空气密度的 800 多倍。为什么云不会掉下来?
在晃动的火车车厢上,把一瓶水放在小桌子上。如果想让这瓶水放得更稳,有一个极其简单的方法。这个方法是什么?
大家有没有遇到这样一个问题,就是我们常用的书的书页的角很容易折起来,这样很影响书的美观,尤其是我们喜欢的书,那么你有没有办法把你心爱的书的折角重新抚平如初呢?
答案这是一个非常经典的问题。传统的答案是,把第一块木板的重心放在第二块木板的右边缘,把这两块木板的重心放在第三块木板的右边缘,把这三块 木板的重心放在第四块木板的右边缘⋯⋯利用杠杆原理可以推出,如果每块木板都是单位长,那么 n 块木板可以伸出桌面 (1 + 1/2 + 1/3 + … + 1/n) / 2 个单位的长度。由调和级数的性质,我们立即可以得知,只要木板数量足够多,木块伸出桌面的长度是没有上界的,想伸出去多长就能伸出去多长。但同时,这个增 长速度也非常缓慢⋯⋯ 20 块木板只能伸出大约 1.79887 个单位的长度, 1000 块木板也只能伸出大约 4.8938 个单位的长度。 不过,采用一些其它的方案(比如拿几块木板在后方作为“配重”),我们可以让木板伸出的长度更远。下面是一篇非常经典的论文,总结了目前对这个问题的研究结果: http://arxiv.org/abs/0707.0093 。
考虑某颗星球,它由某种密度均匀的物质组成,其质量为 M ,体积为 V 。如果这颗星球是一个球体,那么它的半径 R = \( \frac{4π}{3·3V} \),星球表面上的重力加速度则为 g = \( \frac{GM}{R^2} \) = \frac{4π·GM}{3·3V}((4π) / (3V))2/3,其中 G 是万有引力常数。 考虑这颗星球所有可能的形状,怎样的形状才会让星球表面的某一点重力加速度达到最大?最大值是多少?
答案下图就是让表面某处的重力加速度达到最大的星球形状。这个图形是一个稍微有些变形的球体,整个图形是一个以 z 方向为轴的旋转体,顶端的 m 点即是重力加速度最大的点,它的重力加速度为 g = (4/5)(15/4)1/3π2/3M / V2/3,只比球形星体的重力加速度大 2.6% 。这是又一个经典的例子——圆形似乎并不是那么完美。
解析这个问题的解法非常漂亮。首先,假设我们想要让星体表面上的某个点 m 的重力加速度最大,并且所受重力方向在 z 轴上,那么这个星体必然是沿 z 轴方向对称的。否则,取出不对称的一层,把多的部分填进少的部分让它变成一个完全对称的圆盘,这将会让 m 点在竖直方向上的受力变大。不断这样做直到这个图形沿 z 轴完全对称,显然就得到了一个更优的形状。 接下来的步骤就真的神了。现在,在星体上取一个非常细的圆环,假设它的质量是 dM 。那么,这个圆环所贡献的重力加速度大小就是 G·dM·cosθ /r2 。如果把这个圆环从星体中挖掉,放到其它的位置上,那么新的圆环将会有新的 r 值和 θ 值。当整个形状达到最优时,这个形状将位于“极值点”的位置,也就是说它的“微分”为 0 ,任何微小的变动都不会改变 m 的加速度。这就意味着, cosθ / r2 是一个常数。这个条件就确定出整个星体的形状。
白罐黑罐 烈日炎炎,一个盲人到露天集市上去买瓦罐。他问摊主:“瓦罐都有什么色的?”小贩答:“我卖的瓦罐有四个白的,二个黑的。”盲人问:“多少钱一个?”小贩 答:“白的一个三枚钱,黑的一个二枚钱。”盲人说:“那我要个白的吧。”小贩收了钱。 欺盲人看不见小贩就拿了一个黑罐子给盲人,盲人接过罐子,又把地摊上的罐子都摸了一遍,愤愤地说:“你欺负我是盲人,竞然用个黑罐子冒充白罐子来骗我! 走! 我们到官府说理去,我要你加倍还我罐子钱。” 请问:盲人是怎么发现自己被骗的?