今天，我們精選了9張物理學(xué)史上的經(jīng)典圖片(圖自維基百科)，從彩虹的七色分解到核爆的毀滅性蘑菇云，從哈勃望遠(yuǎn)鏡捕捉的百億年前星光到量子世界中電子云的詭異分布——這些圖像不僅是科學(xué)的實證，更是人類認(rèn)知邊界的里程碑。
彩虹：光的魔法秀——折射、反射與色散的完美配合
這是一張美麗的自然現(xiàn)象圖片，展示了一道彩虹從瀑布的水霧中顯現(xiàn)的景象。彩虹是一種常見的光學(xué)現(xiàn)象，由于光的折射、反射和色散所形成。
- 折射：當(dāng)陽光進(jìn)入水滴時，光線會發(fā)生折射（改變傳播方向），不同顏色的光折射角度不同。
- 反射：光線在水滴內(nèi)部發(fā)生一次或多次反射，使其最終向外傳播。
- 色散：由于不同顏色的光的折射率不同，光被分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色，形成我們看到的彩虹。
彩虹通常出現(xiàn)在雨后或瀑布附近，因為空氣中懸浮著大量水滴，為光的折射和反射提供了合適的條件。
核爆炸：撕裂原子的力量——從裂變到蘑菇云
這是一張經(jīng)典的核試驗圖片，名為《快速裂變》(Fast Fission)，圖片展現(xiàn)了核爆炸時產(chǎn)生的著名“蘑菇云”，是核物理學(xué)和軍事技術(shù)的標(biāo)志性圖像之一。
核爆炸是由核裂變或核聚變引發(fā)的劇烈能量釋放過程：
- 核裂變：重原子核（如鈾-235或钚-239）分裂成較小的核，同時釋放出巨大的能量。
- 沖擊波：爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體迅速膨脹，形成沖擊波，造成大范圍破壞。
- 蘑菇云：爆炸后，熱空氣快速上升，冷空氣進(jìn)入底部補(bǔ)充，形成典型的蘑菇狀煙云，這是高溫與流體動力學(xué)的杰作。
哈勃超深空中的星系：穿越百億年的宇宙明信片
此為一張非常著名的天文圖片，名為“哈勃超深場”（Hubble Ultra Deep Field, HUDF），是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的最深遠(yuǎn)宇宙圖像之一。
- 每個光斑都是星系：圖中每一個亮點都代表一個完整的星系，包含數(shù)十億顆恒星。
- 光的旅行時間：由于光速有限，我們看到的這些星系實際上是幾十億年前的樣子，相當(dāng)于在“回顧”宇宙的歷史。
- 宇宙膨脹：遠(yuǎn)處星系的光由于宇宙膨脹而發(fā)生紅移，這也是天文學(xué)家研究宇宙演化的重要依據(jù)。
這是一張展示激光多普勒測速系統(tǒng) (LDV)的經(jīng)典圖片，主要用于研究流體的運動，特別是湍流——復(fù)雜、不規(guī)則的流動現(xiàn)象。
- 激光的干涉原理：激光束照射到流體顆粒上后，由于流體運動，反射光的頻率會發(fā)生變化（多普勒效應(yīng)）。
- 測速應(yīng)用：通過測量反射光的頻率偏移，可以精確計算流體的速度和方向。
熱氣球：浮力與熱空氣上升原理
這是一張熱氣球的經(jīng)典圖片。熱氣球是一種最早的飛行工具之一，它的工作原理涉及
浮力、密度和熱脹冷縮
- 熱空氣比冷空氣輕：加熱氣球內(nèi)的空氣，使其密度降低，浮力增大，氣球因此上升。
- 控制高度：通過加熱或冷卻氣體，可以讓氣球上升或下降。
- 阿基米德原理：熱氣球的升力來源于氣體的浮力，即“被流體包圍的物體會受到向上的浮力，其大小等于被排開的流體的重量”。
陀螺運動：角動量與進(jìn)動現(xiàn)象
許多看似簡單的小玩具背后，其實隱藏著豐富的物理知識，比如陀螺，里面蘊含著角動量、進(jìn)動等這些概念。
- 角動量守恒：讓陀螺保持旋轉(zhuǎn)，不容易倒下。
- 進(jìn)動現(xiàn)象：讓陀螺在受到重力作用時不會直接倒地，而是繞圈擺動。
- 摩擦和空氣阻力：逐漸使陀螺減速，最終導(dǎo)致它倒下。
非彈性碰撞：汽車安全的物理學(xué)密碼
這張圖片展示了一輛汽車在碰撞測試中的計算機(jī)模擬圖像，它用于研究汽車在撞擊時的受力和變形情況。這種碰撞屬于非彈性碰撞（Inelastic Collision），是物理學(xué)中的一個重要概念。
- 彈性 VS 非彈性碰撞：彈性碰撞中動能守恒，而非彈性碰撞中部分動能被吸收。
- 安全緩沖區(qū)：汽車設(shè)計時會有專門的可變形區(qū)域，以減少撞擊對乘客的沖擊力。
- 安全帶和氣囊作用：它們能延長碰撞時間，減少乘客受到的加速度沖擊，提升安全性。
這是一張展示氫原子軌道（Hydrogen Atomic Orbitals）的經(jīng)典圖片，是量子力學(xué)的重要概念之一：
- 電子云概率分布：電子不會像行星圍繞太陽那樣繞核旋轉(zhuǎn)，而是以概率分布的方式存在。
- 軌道形狀：s 軌道是球形，p 軌道是啞鈴形，d 軌道呈花瓣形，這些都由量子數(shù)決定。
- 量子躍遷：電子吸收或釋放能量時，會在不同軌道間躍遷，導(dǎo)致光的發(fā)射或吸收。
閃電：天空中的超級電路
閃電是一種強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，它不僅是大自然的壯麗奇觀，也是一個充滿物理奧秘的現(xiàn)象。
- 閃電是云層放電的結(jié)果，由于電荷積累和電場增強(qiáng)，空氣導(dǎo)電后形成強(qiáng)烈的電流。
- 閃電是鋸齒狀的，因為它在尋找最容易導(dǎo)電的空氣路徑。
- 雷聲是空氣因高溫膨脹產(chǎn)生的沖擊波，可以用雷聲延遲時間估算閃電的距離。
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