7道精彩有趣的物理智力題
數(shù)學(xué)題在趣味智力題中占有很大的比重,物理題出現(xiàn)的頻率相對很少,不過,在我看來,物理也是相當(dāng)好玩的學(xué)科。今天來大家分享一下個人收集的一些精彩有趣的物理智力題。
1. 投一枚硬幣,如果是正面,我就去打球,如果是反面,我就去打游戲,如果立起來,我就去學(xué)習(xí)。不知道大家第一次看到這個笑話時,有沒有想過,如果一枚硬幣真的有 1/3 的概率正面朝上,有 1/3 的概率反面朝上,有 1/3 的概率立起來,那么這個硬幣的半徑與厚度滿足什么樣的關(guān)系?

參考解析:
這枚硬幣必須滿足,把它立起來后,即使傾斜 30 度仍然不倒。這樣,硬幣直立的“勢力范圍”才會達到 120 度。因此,硬幣的直徑應(yīng)該是厚度的 √3 倍。
2. 橄欖油的沸點是300℃,錫的熔點是231.9℃。為什么我們能在錫鍋里炸東西?
參考解析:
橄欖油并沒有沸騰,沸騰的其實是食物里的水。而且,正是食物里的水才讓橄欖油和錫鍋都保持在 100℃ 。如果食物里的水被燒干了,食物就會被燒焦,錫鍋當(dāng)然也會被燒毀。
3. 12節(jié)1V的電池首尾相接,然后將一塊電壓表如圖連接。電壓表的示數(shù)是多少?

參考解析:
相信很多小伙伴都會說:這不很明顯是3V嗎?但其實如果我們在實驗室里操作一番,發(fā)現(xiàn)其實不然。答案是0V。假設(shè)每個電池的內(nèi)電阻是R,這個回路的電流就等于12V除以12R,即(1V)/R。于是,每個電池的內(nèi)電壓就是R·(1V)/R=1V,而這恰好是這個電池的電動勢。因此,每個電池的外電壓都為0。對于一組連續(xù)的電池來說,這個推理同樣成立。
4. 在晃動的火車車廂上,把一瓶水放在小桌子上。如果想讓這瓶水放得更穩(wěn),有一個極其簡單的方法。這個方法是什么?
參考解析:
答案:喝掉一部分水,讓整瓶水的重心下降。
注意,這里又有一個有趣的極值問題。如果瓶子里裝滿水,整個系統(tǒng)的重心顯然要比只裝有一部分水時更高;但若把水全部喝掉,只剩一個空瓶子,整個系統(tǒng)的重心仍然會比有一部分水時高。建立模型,求出使得整個系統(tǒng)重心最低的水位高度,是一個絕佳的物理課題。
有一個蠻有意思的結(jié)論:當(dāng)整個系統(tǒng)的重心達到最低時,水位一定和此時整個系統(tǒng)的重心高度相同。其實這個很好理解:當(dāng)水位沒有達到整個系統(tǒng)的重心高度時,每加一點水,都相當(dāng)于在重心下方填充質(zhì)量,讓重心下降;但水位高度超過了整個系統(tǒng)的重心,則每加一點水,都相當(dāng)于在重心上方新添質(zhì)量,重心便會開始上升了。
5. 云是由小水滴組成的。水的密度是空氣密度的800多倍。為什么云不會掉下來?
參考解析:
我在反省自己,為什么小時候聽說“云是由小水滴組成的”的時候,沒有提出過這個問題呢?
這個問題的答案是,云就是會往下掉的,只不過下落的速度非常慢??
云中的小水滴顆粒極小,因而小水滴受到的空氣阻力,其數(shù)量級和自身重力相當(dāng)。計算可知, 1 微米的水滴下落速度約為 0.13 毫米每秒,也就是一天下降 11 米。即使是 10 微米的水滴,下落速度也很慢,大約每天 1.1 千米。如果不精確測量的話,我們是沒辦法觀察到的。詳細計算過程可以見這里:
http://star.tau.ac.il/QUIZ/98/A10.98.html 。
這讓我想起一個冷知識:螞蟻是摔不死的,因為空氣阻力和自身重力相當(dāng)。這又讓我想起一個冷笑話:螞蟻從摩天大樓摔下去,是怎么死的?答案是——餓死的。
6. 有一個無窮大的正方形網(wǎng)格,每條小線段都是1Ω的電阻絲。求相鄰兩點間的等效電阻阻值。

參考解析:
這個問題有一個很妙的解法。假設(shè)一個大小為 1A 的電流從紅點處流入,從各個無窮遠處流出。由對稱性,有 (1/4)A 的電流將會流過紅藍兩點之間的線段?,F(xiàn)在,再假設(shè)一個大小為 1A 的電流從各個無窮遠處流入,從藍色點流出。由對稱性,紅藍兩點之間的線段仍然有 (1/4)A 的電流?,F(xiàn)在,把兩種情況疊加在一起看,大小為 1A 的電流從紅點進去從藍點出來,那么,紅藍兩點間的線段就有 (1/2)A 的電流。因而,兩點間的電壓就是 (1/2)A·1Ω = (1/2)V 。因而兩點間的等效電阻就是 (1/2)V / 1A = (1/2)Ω。
7. 有一段橫截面是等邊三角形的木頭,密度為 0.5g/cm3 。它在水中漂浮時,哪頭會朝上?
參考解析:
答案:如圖所示,漂浮時,它的其中一條中線一定和水面重合。這是因為,通過計算可知,此時整個物體的重心 G1 和浸入水中的部分的重心 G2 (也就是浮力的作用點)正好在同一豎直線上,并且高度差達到最小值。
