这次行走活动从发出报名公告开始,就不断收到各方发来的贺电,纷纷表示“看起来”很有趣。而活动也证明了事实上真的很有趣。物理如此迷人,同济大学物理探索试验室很好地结合了知识性、趣味性和互动性。可以说是行走中队五次活动中最成功的一次。
特别是同济物理系的学生邓晓,当天的讲座相当出彩,让各位高高兴兴而来,平平安安回家。如果邓晓同学在讲座过程中镇定、自信和幽默给大家留下深刻印象的话,在此透露个信息:这是邓晓第一次主讲,竟然!
邓晓同学在台上晃着技巧球的时候,同济的赵敏老师在台下悄悄同我说:“他中午跑到办公室来说,他太紧张了,都吃不下饭,这是他第一次讲。”
听了这句话,憋了半天,我只想对邓晓说:老天爷赏你这碗饭吃!
在看活动回顾前,请大家也认真看看感谢名单:
同济大学物理系 吴於人 教授
吴老师同时也是教育技术研究室和青少年物理实践工作站的负责人,为我们的活动费心费力,大开方便之门;
同济大学物理系 赵敏 博士
为了这次活动,和赵敏老师来回沟通很多次,前期带我踩点、介绍、安排活动流程、组织当天讲解员等等。在大家听讲座的时候,赵敏老师还和工作站副站长大勇带我去了旁边的海洋馆。
同济大学物理实践工作站副站长 关大勇 博士
关博士和赵敏老师为我们联系、安排4个实验室的参观流程和讲解员。他还告诉我同济的海洋馆不错,我已经开后门去看过了,娃哈哈。
这次没去成的同学们请不要自暴自弃,同济大学物理实践工作站(www.phywork.cn),从10月10日起每周六、日9:00-16:00免费开放, 地址:四平路1239号 瑞安楼3楼。
以下是行走中队成员YOYO现场手忙脚乱记录、事后整理并和同济老师们核实过的精彩回顾文。
愿物理与你同在
YOYO/文 照片/来自各位参加活动的同学
美国著名的物理学家理查德?菲利普?费曼(Richard Phillips Feynman)曾经这样戏谑过那些读死书的人:一个正在攻读希腊语的学生,怎么可以能一字不差的背诵出苏格拉底在《第三篇对话中》说了些什么,但却不知道苏格拉底对于真与美的关系有些什么看法呢?
其实我们中的很多人都是这样。你知道牛顿第一第二第三定律,你背得出法拉第常数.、普朗克常数、万有引力常数,你会用n种方法来解一道物理习题,但是你知道为什么风筝会升上天、为什么用久了的白炽灯泡会发黑、为什么挑重担的人走起路来像是在小跑?
如果你就是那些“我搞不懂为什么”以及“我搞不懂为什么我搞不懂”的同学们,那还不快来和我们一起走进同济大学物理实践工作站!
(以下内容根据当天录音整理而成,为了保持适当的神秘感,为了区别对待积极参加活动的同学和从不参加活动的同学,我们只选取了其中很少的一部分片段放在这里回顾,远远无法还原当时的精彩程度,但是如果这一点点能重新勾起你对科学对物理的热爱,那么你不妨去同济大学亲身体验一把物理的神奇和美丽!)
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第一部分物理探索室参观
那似是而非的永动机 —— 饮水鸟
那似是而非的永动机 —— 饮水鸟
这样一只小鸟,低调的躲在窗边的角落里喝水,却用那一低头的优雅征服了我们,绝对的不插电演出,没有任何的燃料作为动力,也不消耗粮食,难道我们发现了传说中的永动机?!淡定淡定,当然没有永动机,但是这个中国传统儿童玩具的精妙设计,让伟大的爱因斯坦都惊叹不已,因此,饮水鸟也被叫做“爱因斯坦也吃惊的玩具”。
其实它的外表虽不光鲜,但却足以掩盖它内部的奥秘了。饮水鸟的尾部装有乙醚,温度升高时,乙醚极易挥发,饱和蒸汽压力升高,而温度降低时,蒸汽凝结,饱和蒸汽压力降低。
饮水鸟的头部包有棉布,最初我们需要弄湿它的头部,当头部的水分蒸发时就会带走一些热量,头部内的气体温度下降,气压也就下降,这样尾部的液体因为压力差会沿着颈部上升进入头部,使得头部的重量增加,尾部的重量减轻,导致重心位置发生变化,当重心超过脚架支点而移向头部时,饮水鸟就会俯身饮水了。俯身至一定角度时,头部和尾部的蒸汽区连通,两部分气体混合,气压差消失,上升到头部的液体又会受重力作用流回尾部,尾部重新变重,小鸟便回到了初始状态。同时,鸟嘴其实是一个圆锥形的长管,与头部棉布连接,当饮水鸟的嘴浸到水面时,由于毛细作用,水被提升到头部,以补充上一次蒸发掉的水分,又为下一个循环做好准备,如此周而复始。饮水鸟(drinking bird)
链栓环 —— 就这样就栓住了我们的心
这是一个常见的小魔术,但却曾经迷惑过著名的魔术大师大卫•科波菲尔。其实,这只是一个利用转动惯性和力矩原理的物理“魔术”。我们知道为使静止的物体开始转动,必须对其施加一个力矩,而当铁环开始下落时由于转动惯性,这一转动将继续下去,直到受到一反方向的阻力矩时才会停止。了解了这个简单的原理,我们只需要偷偷的让铁环倾斜一个角度,它就能转体翻转约90度,从而完成一个漂亮的剪刀结。
未婚的男男女女们,你们学习到这样“魔术”类的搭讪妙计了吗?
最不靠谱的散热器 —— 声制冷
这是一个常见的小魔术,但却曾经迷惑过著名的魔术大师大卫?科波菲尔。其实,这只是一个利用转动惯性和力矩原理的物理“魔术”。我们知道为使静止的物体开始转动,必须对其施加一个力矩,而当铁环开始下落时由于转动惯性,这一转动将继续下去,直到受到一反方向的阻力矩时才会停止。了解了这个简单的原理,我们只需要偷偷的让铁环倾斜一个角度,它就能转体翻转约90度,从而完成一个漂亮的剪刀结。
未婚的男男女女们,你们学习到这样“魔术”类的搭讪妙计了吗?
最不靠谱的散热器 —— 声制冷
你知道压缩机可以制冷,可你知道声音也能制冷吗?
是的,这不是什么天方夜谭,只需一个热声效应演示仪你就可以看到声音是如何制冷的。它由谐振管、扬声器等部件组成,谐振管的上端有一个热声堆,扬声器产生的声波在谐振管内形成纵向的驻波,当声压增加时,气团向上运动(谐振腔封闭端方向)且被压缩,温度升高,此时气体温度高于热声堆的温度,于是就把热量传输给热声堆。当驻波继续完成一周时,气团向下运动,热声堆上部气团的压强和温度均降低,但热声堆的温度则降低较少,热声堆的温度高于气团温度,所以会向上输热,这样气团每次振动都会从下吸取热量并向上输送热量。在共振条件下,气团不断循环运动,会产生明显的宏观效果,从而完成声热泵作用。
可惜当大家聚精会神满怀期待的盼望着看到从赤道到北冰洋的变化时,结果很让我们失望,热力学第一定律和第二定律告诉了我们热声致冷机的能量平衡关系与热功转换效率的上限,说声制冷是最不靠谱的散热器,绝对没有冤枉它啊!
流水效果DIY —— 偏振片的妙用:

有没有想过那些漂亮的动态流水画是如何做出潺潺的流水效果的呢?我们不妨打开灯箱一探究竟。
原来画框的内除了一盏灯外,还有两组偏振片,一组在灯前旋转,使穿过偏振片的光的振动面不断旋转,另一组在画板背后的水流处,并且相邻的条状偏振片间偏振化方向依次相差一个角度。还记得光波是横波吗?光通过偏振片后会发生偏振,光波中只有某一方向的分量可以通过偏振片,根据光学中的马吕斯定律:I’= I cos α ,其中I’是偏振光穿过偏振片之后的强度(亮度),I是穿过前的强度,α是光的传播方向和偏振片偏振化方向所夹的角度。这样,随着偏振片的转动,夹角发生变化,画面的亮度也随着时间不断变化,而人眼又更容易被亮出吸引,所以就产生了瀑布在流动的错觉。动感流水画(kinetic graph)你知道生活中最常见到的偏振片有哪些吗?
你看,你看,真的有心电感应!—— 光魔球(辉光球,plasma magic light):
—“你说我们有心电感应?那就证明给我看!”
—“好吧,我们来试试看,用电光魔球。”
电光魔球其实是一种常见的深受大家喜爱的工艺品,但是它为何能发出那样魔幻般的光芒,我们平时却少有人关心。它是一个密闭的玻璃球体,腔体内部被事先抽成真空并充满了惰性气体——氖气(也有的电光魔球被充入氦气),底板的震荡电路将普通的220V的交流电或者12V的直流电源转变成高频脉冲式的交流电,这种交流电的电压可以高达数千至一万伏,频率高达数百至数千赫兹,但电流却很小,所以我们用手指接触时并不会有触电的感觉。电光魔球的球心由钢丝弯绕而成,并形成一个指向外面的尖端,这样当魔球通电以后,通过尖端产生尖端放电,释放出的电子在强电场的作用下会被加速,撞击腔体里面的氖气原子,结果原子电离成正离子和电子,这些导电粒子又继续被电场加速,撞击其他的氖气原子,进一步电离,我们把这种现场叫做电子雪崩,这样在中心的钢丝堆与玻璃球体外壳之间便产生了气体放电现象,形成等离子体,从而发出绚丽的弧光。那么为什么它会发出粉红色的光呐?我们知道在气体放电的过程中氖气原子可以被激发到较高的能级,它们在向低能级跃迁时,会放出光子,每种原子的能量和能级都是固定的,因而从高能级跃迁到低能级发出的光的波长也是不变的,氖气的发射光谱以红色为主,夹杂有少量的黄色光,所以我们看到的就是粉红色的光了。
如果我们用手指接触玻璃球的外壳会发生什么现象呢?我们知道人体的电阻远小于电光魔球外表面接触的空气的电阻,如此,当我们用手指接触玻璃球的外壳时,因为手指的电势相对较低,更利于形成从球心而来的电势降落,所以内球会通过手指到地形成通路,这时电流也就是光线就主要会聚在手指尖处,并随着手指的移动而移动。有同学会感到奇怪,明明看不到在球心和瓶壁间有闭合的电路,为什么电流仍然能导通呢?关于这个问题,想想看电容器是交流电场中是如何工作的,明白了吗?有的电光魔球还有声控功能,气体放电可以根据声音的有无而产生间断变化,声音的大小则可控制放电的强弱,是不是很有趣呢?
试试用日光灯管接触电光魔球,看看会发生什么?你知道普通日光灯发光的原理又是怎样的呢?
雅各布天梯 —— 我要一步一步往上爬
两根钢管在一起会擦出怎样的火花?是偶尔激情四射的火光飞舞,还是细水长流含情脉脉的电波荡漾?让雅各布天梯来告诉你!
这是一个电弧不断产生和消失的轮回:两根管状电极,一个接高压电,另一个接地,当它们之间的电压达到几万伏时,两电极间最近处的空气首先会被击穿,巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电,发出光和热,产生电弧放电。热空气带着电弧一起爬升,随着电弧的拉长,电阻会相应增加,当电流送给电弧的能量小于由弧道向周围空气散出的热量时,电弧就会熄灭。电极间距最小处的空气还会再次被击穿,发生第二次电弧放电,如此一级一级,如同圣经中的雅各布在梦中见到的通往天堂的天梯。
我们不知道天堂在哪里,不知道这样的向上爬是通往哪里,我们知道即便是这样激烈的火花也只不过是昙花一现,知道纵有这样惊天动地的电光乍现,我们也只能像这样并排而立却不能有任何的交集,但我们仍然这样努力着!
第二部分讲座“生活中的物理”
这就是主讲邓晓“老师”
“在这个世界上有两门学科是最迷人的,一个是心理学,一个是物理学,心理学让我们走进了自己,而物理学让我们走进了世界。当大家走进同济大学物理实践工作站的时候大概已经能感受到这一点了,接下来我们会为大家演示日常生活中最常见最经典的现象中又蕴含着怎样的物理原理。”
“我们第一个环节是测测大家的科学基础。大家看,这是一根筷子,上面用线吊着四个钥匙,我们能否用意念控制只让其中某一个我们希望它动起来的钥匙动起来呢?”实验演示…… “我们成功了,难道这真是一个‘意念摆’?大家知道这是怎么回事吗?其实没个用线吊着的钥匙都是一个单摆,单摆的固定周期与它的摆长与上海这里的重力加速度有关,它的周期是固定的,固有频率也就是固定的,我的手在摆动的时候,提供了一个驱动力,当驱动力的频率与某个单摆的固有频率一致的时候,就达到了共振,使这个振幅达到了最大,钥匙也就摆起来了。我们演示的是生活中的物理,平时在家的时候,筷子有吧、线有吧、钥匙有吧、孩子有吧,然后在家你就可以和孩子们一起做做游戏,然后告诉他们伽利略是怎样发现单摆的固定周期的,德国士兵又是怎样以整齐的步伐在过桥时踩塌了一座桥的,所以物理与你同在。”
“这是也是一个我们自己做的玩具,这是一个三通管,其中两端各接着一个气球,我们给两个气球分别充气,一个大,一个小,如果我们让这两个气球中间空间连通的时候会发生什么现象呢?有人说最终会变成一样大,行,见证奇迹的时候到了,看到了吗?其实是大的变的更大,小的变的更小,回想一下我们平时的生活经验,吹气球的时候是不是刚开始的时候比较费力呢,那么这里面的物理原理又是什么呢?这是一个典型的双气球压差问题,我们知道任意弯曲液面的附加压强都与它的最大和最小曲率半径的倒数有关,球形液面的附加压强则只与它的半径的倒数有关,同样在我们是个球形膜问题里面,球形膜的附加压强也是与它的半径的倒数有关的,因此,小球中的压力其实是更大的,它的气体会跑到大球里面。”
“接下来我们进入第二个环节,将中华技术发扬光大,在我身边的喷水鱼洗、透光铜镜和变音钟被称为我国的青铜三宝,无论从观赏价值还是从蕴含的科学原理,都让世界赞叹不已,它们的神奇之处究竟在哪里呢?下面我来为大家一一演示。这是鱼洗,看好了没有任何机关,所谓洗就是古人的洗脸盆,如果底面的花纹是鱼的话,我们就称它为鱼洗,如果是龙的话,就称之为龙洗,盘上方的两个手柄称之为洗耳,当我用手摩擦洗耳的时候,看到了吗,会有水珠溅起,大家知道这里面蕴含了什么科学原理吗?这里面其实包含了三个物理原理,第一个是四峰喷水,我们的鱼洗从结构上说呐,其实就是一个环形,它的震动会产成驻波,形成四峰振型,振幅出现在四条鱼嘴处,而在波腹及附近的区域都会产生很大的能量,周围的水也会因此被激荡起来,但这样的水还是不能被激荡起来的,那么就需要第二条件水“洗”耦合”,正向和逆向的水波的质元轨迹都是按照各自的圆圈运动的,但它们相遇叠加时却绝不是混沌不堪,而是形成了明显的波峰和波谷,这就是大自然的神奇之处,更奇特的是,两个圆周运动叠加的效果会使某一点上的水的质元只是在自己的平面做直线运动,有的是横向的、有的是纵向的、有的是斜向的,横向运动与盆壁碰撞的会比较厉害,会将水柱沿抛物线轨迹高高的抛起,还有第三点,鱼洗盆壁略微的外倾也对水波有一个推波助澜的作用,水波在不同深度的传播速度不同,越深传播速度越快,产生后浪推前浪的效果,于是就形成了水柱。
“下面我们来看看透光铜镜又是如何运作的呢?古人说:‘鸣呼怪铜盗此幻,透影在壁与背肖’,它为什么叫透光铜镜,又能产生怎样神奇的透光效果呢?我们用光打在铜镜的背面,会看到在墙上若隐若现的花纹,这个花纹其实是和铜镜背面的花纹一一对应的,我们看到背面的花纹凹凸有致,这就产生了不同的曲率半径,现代的人们采用激光干涉法拍摄到了透光镜表面的曲率分布图,薄的地方曲率半径较大,光照在其表面的发散度也就越大,平行光经不同部位反射后,在不同地方叠加产生的光的强度不同,因此产生了与背面花纹一一对应的亮暗相间的发射图像,这就是神秘的透光镜背后的故事。”
… …
接下来邓晓“老师”还为我们演示了变音钟的变音效应,讲解了比利时咖啡壶的工作原理,传授了很多独门秘籍,比如如何徒手断绳、如何用硬币撕开那些难撕得塑料,以及如何让技巧球每次都能稳稳的落在小槽里等等等等。如此的博学和幽默,邓晓“老师”却谦虚的告诉我们,他才是一名刚刚进入大三的学生,讲的不好请我们多多包涵,他不知道在他的教室里,有人认真的做着笔记,有妈妈悄悄告诉小朋友“好好学习,将来像大哥哥一样”, 我们暗暗盘算着要怎样才能把他骗进松鼠会,而他的老师则在一旁不住的惊叹和赞许。他的讲座绝对是当天最精彩的内容。
更多活动照片,请看这里。
感谢大家又一次踊跃的报名,感谢很多人不辞辛苦拖家带口让我们的活动现场有了14个可爱的小朋友(其中最小的仅两岁),感谢从外地风尘仆仆赶来的同学,是大家的支持让我们的活动规模一次比一次庞大,内容一次比一次精彩。
物理学家拉比说:“物理学家是人类中的小飞侠,他们从不长大,永保赤子之心”。
费曼先生说:“如果一个人学会了解释简单的东西,他就懂得了解释是什么,或者说他理解了科学本身。”费曼先生还说:“Physics is like sex: sure, it may give some practical results, but that's not why we do it.”
Science is a sexy her. 我们告诉过你的。










































Fantastic!You Perter Pans are all sexy!
哇~我沙发了!!!好久没有抢到沙发了……我泪流满面……
木有抢到沙发的人默默爬走……
话说这个物理实验室不错啊~~~东西很新鲜~~~
啊啊啊,这些东西很多我都没见过啊!!!
那个...我想问下
大学学物理有前途吗?
我现在高三
360行行行出状元
如果想以后能找个好工作还是去学工科吧,学纯理论物理的难就业,或者读到博士搞科研
有些东西,我们学校也有的 嘻嘻
很好啊...同济啊...物理啊...真是向往啊...
震荡电路——振荡电路
Physics is like sex: sure, it may give some practical results, but that’s not why we do it.”
Science is a sexy her.
西方的开放真让人向往啊
关于“饮水鸟”,根据我在网上的“考古”,基本上肯定它是由 Miles V. Sullivan 在 1945发明的,而不是中国传统儿童玩具。
我看到关于“饮水鸟”是中国古代玩具的说法来自《趣味物理学(续编)》的译本,作者是俄罗斯的别莱利曼。但原著和英译本(起码到1960年的第16版)中都没有这一小节。这一内容应该是1960年后(原作者死于1942年)其它人或者译者加的。
这个玩具需要把玻璃制成一定形状,要用乙醚,物理原理也不简单,很难想象是中国很久以前的发明。
活动很吸引人啊,希望有机会可以参加。
“在这个世界上有两门学科是最迷人的,一个是心理学,一个是物理学,心理学让我们走进了自己,而物理学让我们走进了世界。”---似乎康德的名言被引申得出神入化啊,内心崇高的道德准则没有变化,头顶的星空就变成物理学了。宏观,微观,同胞兄弟。呵呵。
有的时候天文学被归为物理学,呵呵.很多学校的天文专业设在物理系里
链栓环 —— 就这样就栓住了我们的心
——这个还是不明白,我知道会旋转,会吧链子的尾部甩上来,但是咋能穿越呢????
你看栓好的照片,假设链子是皮筋,用拓扑想象,如何把环解出来?
再想象怎么把环栓上去。
最后用白日梦拍摄铁环掉下来被链子套住的动画,OK。
辉光球就是BT版的电笔氖管。
这个魔术曾经玩过,左手比右手玩的好。。。
那个偏振的公式错了吧……I’= I cos α 中cos α应该平方的吧
果真是在传说中的瑞安楼啊~
围观母校,倍感亲切
诶,提到物理系就心疼。