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香蕉球的物理原理是什么?《张朝阳的物理课》证明浮力定律与伯努利定理

2022-12-05 16:15:08 稿件来源: 编辑:丁晓宇责任编辑:郑红梅

足球比赛中的香蕉球是怎么回事?为什么它能够拐弯?怎么严格证明阿基米德浮力定律与伯努利定理?12月4日12时,《张朝阳的物理课》第一百零七期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,简要回顾了上一次直播课所介绍了流体力学知识,然后借助矢量分析以及微元分析法,证明了阿基米德浮力定律,紧接着推导了标量场的微分公式,并借助它成功证明了伯努利定理。

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课程伊始,张朝阳简要回顾了上一次直播课程介绍的知识,包括压强、稳恒流动等概念,还有帕斯卡原理、浮力定律等物理法则。然后通过将任意形状的物体划分成柱状微元,并求出这个微元所受到的流体压力合力,根据积分证明了这个物体所受到的浮力竖直向上,大小等于它排开水的重力,也就是证明了阿基米德浮力定律。

紧接着,张朝阳通过分析单个微元在各个方向受到的压力,证明了压力体密度等于压强的负梯度,这表明压强是压力体密度的势场。进一步地,以压强为例,证明了标量场在位置间隔dr上的改变量等于标量场梯度与矢量dr的点乘。

最后,张朝阳定义了一个与伯努利定理有关的变量场ψ,借助前面得到的结果写出了ψ在速度方向的dr下的改变量。通过一些矢量分析的等式,以及流体微元的加速度公式等等,成功证明了dψ=0,从而证明了伯努利定理。之后,张朝阳利用伯努利定理说明了香蕉球(弧线球)的成因。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播一百余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度。

随后,讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电动力学。之后进一步分析了地球的形变成因以及月球的退行效应,并转向研究流体力学领域。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:以演算物理为特色,注重从日常现象引入,通过一步一步详尽计算和硬核推导,理解自然界的基本规律。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细推导过程。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部主播入驻,进行科普知识直播。中国科学院心理研究所应用心理硕士唐义诚,带你了解“夫妻相处中的吵架心理”;北师大比较教育学博士史明洁的心理课堂分享“如何跟负面情绪和解”,拒绝精神内耗;中国著名微表情读心专家纪宇,通过微表情教你“如何读懂孩子的心”;清华大学临床医学博士申晨煜医生,帮你远离“职场PUA”。未来将有更多知识主播入驻搜狐视频,一同“玩转”科学,探索不同领域。

 (鲍安华 胡珂菱)

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