轮船在河海里航行,激起的V字形波浪的夹角有多大?

作者:钓鱼城  于 2019-8-24 03:34 发表于 最热闹的华人社交网络--贝壳村

通用分类:流水日记|已有6评论

最近读了网上一点科技方面的文章,其中讲了几个简单而有意思的物理现象,背后有些科学上似是而非的道理。

一个问题是,轮船在江河湖海里航行,它的尾部激起一个以它的尾舵为中心的扇形波面(boat wakes)。大家可能都看到过这一现象。不知细心的人对这个扇形的角度大小有什么研究没有。这个角度,据证明,在宽阔的水面,总是不超过39°,你相信吗?要知道在这么一个简单的物理现象背后,好些有名的数学物理大家,像柯西,泊松,和开尔文等都做过研究。这个定理已在那里存在了127年,直到最近才有人试图推广它。

                                   

                               图中小白点代表船尾

它的好处?这个角度的大小对于燃油的巨型轮船航行经济有很大的影响。
最近试图推广这个定理的人,是挪威一所大学的教授,他没有去研究高深的学问,相反,他从自己所看见的这个简单现象(挪威近海,想必船和港口很多),自己给自己开了这个看似简单的力学课题。课题选择的新颖,不是第一,也是第二。他就用简单的笔和纸,在五年前发现了水下的暗流会影响这一结果。他的发现不是推翻,而是推广了原有的结论。他的两个研究生用一个大水槽在实验室做了实验,证明所言不虚。就这么简单。
这使人很有感概,做事一切从高起点开始,怕输在起跑线线上,实际上并不是那样。做什么,不需要高言大义。据说脸书的扎克伯格当初写的源代码,被后来招入的程序大家们看了,直摇头,说what a mess!我相信,那些程序极客(geeks)或者古肉们(gurus)肯定比一个当年的心理学系本科学生的编程水准要高得多。但是你能说他不够格成为脸书的创始人?只有那些极客能才能在IT时代成功?那未见得。如果扎克从一开始,就严格要求自己,不写出惊世骇俗的code就不下笔,那么脸书现在哪里,影子可能都还没有呢。
国内的科学现状最令我担忧的就是,非要选什么当前国际的所谓前缘去追风,像什么你克隆了羊,我再用干细胞去克隆猫,鸡狗;你编辑了这个基因,我要去编辑那个基因,自己觉得自己站在了国际前缘了,其实是什么样子,谁还不知道吗?跟着别人爬,很累的。
我以为,科学上,简单的重复是需要的,但来自于生活和周边世界,有很多直观的现象还没有得到解释呢。抓住一个自己的所见所闻,让自己像一个初创的科学家一样去思考可能更开心。像以前说的大树克服重力的影响,怎么把水运到几十米高的树梢,到每一片树叶,有多少人真正明白了其中的道理?我不喜欢听人说,这在什么什么教科书里,已经有了答案。想一想不经自己的脑子就认为这答案是对的吗?
好了闲话少说,下一个问题是,降落在月球上的宇宙飞船又怎么飞出月球?要知道,飞船从地球上起飞,需要很大助力的土星五号火箭,几十米长,几十吨上百吨重的燃料,才能把阿波罗11号飞船送上月球!

我的一个同事曾问过一个问题,既然要这么大的推力才能把飞船从地球送到太空,以逃逸地球的引力。那么登月舱要从月球起飞,也得要逃离月球的引力才能返回地球。但在月球上,宇航员们哪来那么大的火箭?什么都没有,靠什么把那个舱飞升到那样的高度并脱离月球的引力的?人说,月球表面的引力要小得多,但也有地球表面引力的六分之一。还是需要相当大的动力来克服它,否则,怎么飞回来的?当然这位同事所信奉的是阴谋论,他不承认人类曾上过月球。哈哈。

最后一个问题就是,光以光速在真空中传播,但是光速在介质比如说玻璃或液体里是可以慢下来的。理论上,依赖于介质,可以把光速想慢到多少就慢到多少。如果把光想象成波或者粒子,既然光子在媒质里面给慢下来了,那么光子可以被想象成一个突然减速的汽车(vehicle)。可以认为它是受到了强大的阻力而减速了。于是有人问了一个问题,如果这光子已经减速了,当它穿过了媒质而重新进入真空,它的速度理应又回到30万公里/秒。比如说从0.1公里/秒(在介质内)突然变到30万公里/秒(真空中),这加速是什么样的力造成的?一位从事光学物理40多年的物理学家认为,现代物理学,比如说量子电动力学(QED)所教给学生的不是一种正确的东西。那么什么是正确的东西?他认为现有的知识还不足以给出一个完美的答案。

如果你能就以上问题给出自己的想法,那也是令人耳目一新的。

所用之图,来自网上,致谢。

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发表评论 评论 (6 个评论)

5 回复 Polar_bear 2019-8-24 23:29
非常好的文章!事实就是那么一回事儿,方程的重要性和其复杂程度成反比,越复杂的方程,描述得越具体,重要程度就越低。自然科学是建立在具体实验观察的基础之上的,是把具体事物的共同点总结提炼出来,并用数学表达出来的。我们现在上学都反其道而行之了,绝大多数情况下在舍本逐末。
你所说的光的传播问题,和电磁波传播是一个道理,现在科学知识探讨的都是一个稳态传播现象,而你所问的其实是光在不同媒体界面转换时,是否存在一个动态转换的问题。这个确实没有答案,因为现在的时空定义在光速是绝对的基础上的。
4 回复 钓鱼城 2019-8-25 07:48
Polar_bear: 非常好的文章!事实就是那么一回事儿,方程的重要性和其复杂程度成反比,越复杂的方程,描述得越具体,重要程度就越低。自然科学是建立在具体实验观察的基础之上
不能同意更多!遇上专家了,
2 回复 TravelLover 2019-8-26 01:41
谢谢分享
1 回复 钓鱼城 2019-8-26 10:14
TravelLover: 谢谢分享
谢谢鼓励!
1 回复 嫑孬甭歪 2019-9-13 08:37
第一個,看到過這個現象,但認為「自然」就應該是那樣啊,所以...
第二個,問過自己(當然不會解答),但沒問過別人。
第三個,沒想到過,現在想想,也是很有趣的。

謝謝分享

中秋快樂!
1 回复 钓鱼城 2019-9-13 10:03
嫑孬甭歪: 第一個,看到過這個現象,但認為「自然」就應該是那樣啊,所以...
第二個,問過自己(當然不會解答),但沒問過別人。
第三個,沒想到過,現在想想,也是很有趣
阁下坦诚。
我也不懂,只是探讨。

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