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别笑 看科学道理

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原标题:科学原理的故事,别笑 看科学道理

别笑 看科学道理

2012年9月,一年一度的搞笑诺贝尔奖颁奖“典礼”在哈佛大学举行。尽管与会人员也不乏西装革履者,不过满地五颜六色的纸飞机、衣着怪异的工作人员,都让这场“典礼”更像一个“晚会”。

“搞笑诺贝尔奖”设立已经有20多年的历史了,其目的是为了奖励那些“乍看让人发笑,但是随后又发人深省”的研究工作。这些科学家的研究成果都发表在世界顶尖的学术期刊上,并获得了同行乃至企业界的认可。

流体力学奖

获奖者:〔美国〕克雷奇特尼科夫和迈尔

论文:《端着咖啡走路:为什么咖啡会洒出来》

为什么咖啡会洒出来?这是一个“流体力学”问题。36个注释、7幅图表、6处公式 这篇发表于2012年4月26日《物理评论E》上的论文,是一个严肃正经的实验研究。

移动任何装满了液体的小型容器,都得小心避免液体从中洒出来。洒或者不洒,除受人自身走路的因素影响外,还牵涉液体晃动的科学;而这又取决于加速度、力矩和力的复杂互动。

研究发现,杯中液体前后的晃动有某种固有频率,这个频率由容器的大小决定。两名研究者表示,普通大小的杯子产生的固有频率恰好符合人走路时双腿摆动的频率 这就意味着,在没有外部干扰的情况下,走路本身就会让咖啡晃荡起来;即使走路频率的微小改变,也会增强咖啡的震荡,增加泼溅几率。翻译成大白话就是:只要你走路,咖啡就会晃;你要是走得不匀速,咖啡就会溅出来。

好吧,这个结论似乎没提供什么新鲜信息。那么,怎样才能防止咖啡洒出来呢?减小加速度;保持咖啡液面和杯口之间适当的距离 至少要是杯子直径的1/8,通常来说,就是1厘米;走路的时候盯着自己的杯子。

通俗地说,就是:走慢点,少倒点,悠着点。

英国研究液体晃动的数学家特纳认为,尽管给出的建议没什么新意,但是研究者建立的数学模型还是很有用处的,可以让科学家在不用真的造出这些杯子的情况下,研究不同的杯子设计。特纳还说:“这个研究也可以给杯子生产厂商以启示 比如他们可以在杯内画上一条‘警戒线’,以减小咖啡溅出的几率。”

心理学奖

获奖者:〔荷兰〕伊尔兰德、扎万、瓜达卢普

论文:《身体左倾会让埃菲尔铁塔看起来更小》

在颁奖现场摆放着一张桌子,上面放着一个埃菲尔铁塔的模型。5名诺贝尔奖得主亲自上阵,排成一列站在桌子前进行观察。随着一声发号“往左斜”,5名科学家均配合地将身体左倾,来验证如何看会使埃菲尔铁塔显得更小。

参加实验的志愿者们被要求站在平衡踏板上回答问题,通过控制和调整被测试者的压力中心,就可以在不知不觉中改变被测试者的姿势;一旦被测试者偏离压力中心,屏幕上就会弹出警告信息提醒他们“注意姿势”。

为了让志愿者们意识不到自己的身体有所倾斜,屏幕会持续告诉他们保持直立;而事实上,研究者在左侧和右侧的传感器上设定了2%的重量偏差,让他们在不知不觉中身体右倾或左倾 这种倾斜幅度极其细微,人们一般意识不到。

结果显示,身体左倾的人对所有数字的估计都比身体右倾或者直立的人要小。研究者认为,出现这种情况可能是因为人们会把头脑中的数字按照从左到右、从小到大的顺序进行排列,当人们需要对某件事情做出数值上的判断时,他们会从记忆中提取一个数字。当人们身体左倾的时候,更容易回忆数值偏小的东西。

所以,“一定是我的姿势不对”,这句网络上的搞笑用语,有了华丽的科学依据。

物理学奖

获奖者:〔美国〕凯勒、戈尔茨坦,〔英国〕沃伦、罗宾

论文:《马尾辫的形状和头发纤维束的统计物理学》

一群大老爷们将兴趣点放在了女人的马尾辫上。在论文中,研究者写道:“马尾辫是什么形状的?考虑到平均每人有10万根头发,即使只有一部分头发扎在一起成为马尾辫,其数量也极其庞大 这是统计物理学中的难题。”

剑桥大学的戈尔茨坦研究复杂物理体系,他和同事们一直想要确定这么一件事情 马尾辫的形状能不能从单单一根头发的性质推导出来。在一系列令人眼花缭乱的字母和计算式之后,研究者认为,头发的关键参数包括弹性、密度和卷曲度,这些性质决定了一根头发的弹性有多好;另一个不容忽略的因素则是头发的长度。科学家得出了一个非常简单的描述马尾形状的公式,他们给这个公式起了一个颇有童话气息的名字 “长发公主”指数。

长发公主指数低的马尾辫,会呈扇状散开;而长发公主指数高的马尾辫,重力大于头发之间的弹力,会柔顺地垂下。相关领域人士表示,他们的研究也许可以帮助业界生产更好的洗发、护发产品,也有助于计算机动画产业更好地描绘人物的头发。

斯坦福大学的数学家凯勒为了弄清楚马尾辫的运动原理,一头扎入了数学建模和机械实验中。他认为,马尾辫像是一个行为颇有规律的系统,但是它明明由数以万计个纤维丝组成,每一个与另一个之间都有相互作用的弹力。对于数学建模来说,最麻烦的问题就是“多对象问题”。不过,在物理的帮助下,现在这个多对象问题已经成为“一系列简单的公式”。于是,这位可爱的数学家解开了慢跑者马尾辫左右晃动的秘密。

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