如果跑步的时候不摆臂会怎样？
2018/4/23 0:33:14 大医精诚

     转自：中科院物理所

     “我的生涯一片无悔

     我想起那天下午夕阳下的奔跑

     那是我逝去的青春”

     可是

     为什么跑步的时候要摆臂呢？

     不摆臂会怎么样？

     1Q

     为什么高处不胜寒(越高的地方温度越低)？

     By 47

     A

    

     从大气的受热过程来看，地球大气对太阳辐射吸收较少，大部分太阳辐射能够透过大气射到地面；而大气对地面长波辐射吸收得却比较多，地面辐射放出的绝大部分热量能够被大气截留下来，所以，地面是近地面大气主要、直接的热源。

     结合本题来看，越高的地方受到的地面辐射越少，所以温度就降低了呀。

     参考：高中地理人教版必修一 第二章 地球上的大气 28页

     2Q

     发动机的工作原理是什么？

     By circular

     A

     我们这里默认发动机是指最常见的汽车发动机。发动机是一种能量转换机构，它将燃料燃烧产生的热能转变成机械能。要完成这个能量转换必须经过进气，即把可燃混合气(或新鲜空气)引入气缸；然后将进入气缸的可燃混合气(或新鲜空气)压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃)；可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。即进气、压缩、作功、排气四个过程。我们把这四个过程叫做发动机的一个工作循环，工作循环不断地重复，就实现了能量转换，使发动机能够连续运转。

    

     3Q

     剧烈运动之前为什么需要热身？

     By 受伤的我

     A

     剧烈运动前热身主要有两个目的：

     1、减少运动损伤的出现。

     热身运动是指在运动以前，用短时间低强度的动作，让待会儿运动时将要使用的肌肉群先行收缩活动一番，以增加局部和全身的温度以及血液循环，并且使体内的各种系统包括心脏血管系统、呼吸系统、神经肌肉系统及骨胳关节系统等能逐渐适应即将面临的较激烈的运动，来预防运动伤害的发生。缺乏足够的热身运动，的确是引起各种运动伤害最主要的原因之一。

     2、提高运动表现。

     好的热身可以让身体进入比较兴奋的状态，这样可以让运动员在比赛开始就处于最佳的竞技状态。

     4Q

     为什么跑步的时候要摆臂？

     By 化学人生

     A

    

    

     先放答案，主要是为了平衡。这个问题实际上科学家还没有完全搞清楚，有些论文发表但是没有定论。比较公认的说法是为了平衡腿在前进过程中产生的角动量，什么是角动量呢，你可以理解为一个让描述物体保持旋转的惯性的一个量(就像是动量是描述让物体保持运动的一个量)，比如陀螺，陀螺在旋转的时候如果没有外力矩的作用，角动量是不变的。跑步与走路摆臂的原理类似，这里以走路为例。人体在前进的时候，地面对人的摩擦力给人体一个力矩，产生一个角动量，这个角动量，所以与陀螺类似，如果没有外力矩的作用，人体趋向于以这个方式旋转下去。(╯’ – ‘)╯︵ ┻━┻，这会使人趋向于摔倒，为了不摔倒，人体的上肢会做一个相反的运动来产生相反的角动量来抵消腿部产生的角动量。另一个角度解释这个问题是从能量出发，密歇根大学的科学家发了一篇文章描述他们分别比较正常走路、把双臂绑起来走路、保持双臂背后走路和顺拐情况下人体走路所消耗的能量，发现正常走路消耗的能量最低，比双臂背后少12%，比顺拐少26%!科学家甚至把双臂绑起来，这样走路就减少了摆臂所需要的能量，但是即使如此还是比正常走路要多消耗6%的能量。原因是因为摆臂减少了腿部推动身体前进所要消耗的能量，当你移动腿的时候，身体也会跟着移动，但是上肢的移动减少了身体移动所需要花费的能量，所以能够比完全不摆臂消耗更少的能量。但是这并不意味着你可以用顺拐的方式减肥(严肃脸(￣(エ)￣) )，科学家发现不按照正常模式走路可能会对脊柱有害，所以还是乖乖运动吧。

     5Q

     为什么在跳起来的情况下摸别人会被电到？

     By 小羊驼

     A

     一般情况下，当有电流流过人体时，人就会觉得被电到。从我们的电路知识可以知道，当电路处于断路时，电路中是没有电流的。可以看出，人在跳起来时整个电路是出于断开状态的，那电到你的电流从何而来？实际上，我们忽略了一个问题。断路状态电路中没有电流的结论适用于稳定状态，在非稳定状态下结论不成立。当你跳起的情况下摸到别人，这时你刚好可以被看做一个电容且处于没有充电的状态，另一个人的电荷就会对你这个电容进行充电，这时就有电流了。麦克斯韦就是在思考非稳定状态下的电磁学时提出了位移电流的概念，这也是经典电磁学得以完善的关键所在。

     6Q

     从物理学角度解释玻璃为什么透明？

     By 花好月圆

     A

     首先，我们知道光入射到任何材料上，都会产生吸收、反射、散射等现象。

     玻璃属于绝缘体，导电性较差。因此我们不需考虑和金属一样外部自由电子导致的强烈的反射，也就说金属对可见光的吸收不依赖于带隙。同时，玻璃为均质的非晶体，因此散射作用也不会很明显。

     玻璃，主要成分为二氧化硅，硅酸钠，硅酸钙等，是一种高度无序的非晶体。首先，我们从晶体角度结合光吸收来解释二氧化硅为什么是透明的。

     随便找本手头的半导体物理书，就可以查到二氧化硅的带隙为5.2eV。而可见光波长为400-700nm，由德布罗意公式可以计算得到可见光能量为1.6-3.1eV。因此可见光波段的能量太小，不足以使电子跃过二氧化硅的带隙，因此，二氧化硅在可见光波段可以认为是透明的。也就是我们常见的水晶。当然，如果主要考虑吸收，任何晶体都不能对所有波段的电磁波透明。

     但是，要从能带论的角度去解释玻璃态的透明现象，貌似是不可取的。毕竟玻璃态的高度无序的物质，和能带论的三大近似并不相符。因此，怎么解释玻璃是透明的，这个问题还需要仔细研究。

     7Q

     气体的自由度的确切定义是什么呢？第六个自由度是怎么定义的？自由度会超过六吗？

     A

     我们称确定力学系统位置所需要的独立坐标数为系统的自由度。如果我们研究的力学系统是一个不受任何约束的质点时，我们需要三个独立的坐标去确定他的位置，它的自由度就是三。当我们研究的物体是刚体时，刚体内部任何两点的距离在运动中保持不变，刚体的运动可以分解为平动和转动，我们需要三个独立变量确定刚体上某一确定点(基点)的坐标，以此来描述平动，为了描述刚体的转动，我们需要知道其转动轴的方向和转动的角度，转动轴方向可以用轴线的三个方向角确定，但由于方向角不独立，余弦的平方和为一，所以只需要两个独立变数即可确定轴线的方向，为了确定转动的角度，我们需要另一个变量来描述刚体转动的角度。

     对于气体分子，为了确定其位置所需要的独立坐标数就是气体的自由度。考虑转动的情况下，其第六个自由度和刚体第六个自由度是一致的，都是为了描述物体绕某一确定轴转过的角度大小。在刚体的讨论中，我们假设刚体内部两点间的距离是不变的，但在气体分子的真实模型下，气体分子中的原子是无时无刻不在振动的，为了描述气体分子中某个原子的振动，我们需要引入新的变量来描述原子的振动，这样一来，分子的自由度数是可能会超过六的。

     8Q

     量子力学中海森堡为什么用矩阵呢？矩阵有什么用呢？

     By 王佳阳

     A

     首先我们从历史的角度来考虑这个问题: 在海森堡建立矩阵力学之前,波尔的早期量子论虽然能基本解释氢原子能谱问题, 但是理论本身依旧存在很大漏洞, 例如, 面对氢原子谱线强度问题, 波尔的理论束手无策. 1925年, 年仅24岁的天才少年海森堡为了解决波尔理论的遗留问题, 大胆抛弃了波尔的轨道假设, 从而自然而然的引入矩阵这个数学工具来处理氢原子问题. 显然, 海森堡的矩阵力学完美的解决了波尔理论无法解决的问题, 因此大家也就很自然的接受了用矩阵来处理量子力学问题. 当然, 现在看来, 我们知道量子力学是定义在希尔伯特空间上的线性代数问题, 而矩阵本来就是用来处理线性代数的问题, 刚好可以很好的处理量子力学中的问题. 根据量子力学基本假设, 我们知道一个量子态是希尔伯特空间中的一个矢量, 而一个量子算符则是一个矩阵, 其作用在一个态矢量上相当于将一个态矢量线性映射到另一个态矢量, 这是量子力学基本原理保证的. 因此, 在物理学界流传这这样一句话: 如果你把量子力学当成线性代数习题而不是数理方程习题, 那么说明你量子力学已经小有所成了.

    

    

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