冰不導電、眼淚倒流……《哪吒2》隱藏的物理學,你看懂了嗎?
近日,國產(chǎn)動畫電影《哪吒之魔童鬧?!?簡稱《哪吒2》)登頂中國影史票房榜榜首。這部電影不僅劇情精彩、制作精良,里面還藏了不少物理知識。在電影里,哪吒和某位能夠化身為電、瞬間移動的角色有一場超酷的打戲,哪吒將水凍成了冰,阻止了電流的傳導,從而化解了危機。為什么水可以導電,而冰卻不行呢?
此外,敖丙在深海中流淚,但眼淚是往上方流,而不是順著臉頰往下流的。為什么會這樣呢?本期少年派就帶大家解讀《哪吒2》中隱藏的物理學。
1 為什么水能導電,冰卻不行?
之所以水能導電,主要因為它能夠溶解其他物質(zhì),特別是電解質(zhì)。電解質(zhì)在水中溶解時,會分解成正負離子。例如,食鹽(氯化鈉,NaCl)在水中溶解后會變成鈉離子(Na)和氯離子(Cl),這些離子在水中自由移動,從而大大降低水體的體電阻。
當有電壓施加在水的兩端時,使得離子移動而形成電流。這就是水能夠導電的原因。導電性能的好壞,取決于電解質(zhì)所含自由離子的數(shù)量。自由離子數(shù)量越多,體電阻越低,導電性越好。
自然環(huán)境中的水通常含有各種礦物質(zhì)和雜質(zhì),這些雜質(zhì)會顯著提高水的導電性。因此,我們通常說的“水能導電”,其實是指含有雜質(zhì)的水,嚴格來說純凈的水其實是不導電的。
水能導電,但當水變成冰的時候,情況就變了。在固態(tài)冰中,水分子又通過氫鍵形成了規(guī)則的晶體結構。這種結構就像給離子們建了一堵墻,讓它們很難再自由移動。所以,冰里幾乎沒有可以自由移動的離子,它的導電性非常弱。
2 為何敖丙的眼淚在海里往上流?
電影中有一個場景:敖丙在深海中真情流露,熱淚盈眶。但他的眼淚是往上方流的,而不是順著臉頰往下流。不少小朋友會疑惑,為什么會這樣呢?
首先,我們要了解一個非常重要的概念——密度。密度就是單位體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量。而比較密度的大小,簡單來說就是看同樣大小的體積,哪種物質(zhì)更重。比如,鐵塊和木塊,同樣大小,鐵塊因為更“緊實”,所以更重,密度更大。
接下來,我們來看看海水和眼淚的密度。海水里含有很多鹽分和其他礦物質(zhì),所以它的密度比普通淡水要大。而且,海水的密度還會隨著深度和溫度的變化而變化,深海的海水密度通常比淺海的大。
眼淚雖然也含有一些鹽分和蛋白質(zhì),但總體來說,它的密度還是更接近人體內(nèi)部的液體。因此,和深海的海水比起來,眼淚的密度要小一些,即便處于海水之中,由于密度上的差異,仍會有一種“往上浮”的趨勢。
想象一下,如果你把一個輕飄飄的氣球放入水中,它會因為比水輕而往上浮。眼淚在海水中的情況也是類似的。由于密度上的差異,眼淚會呈現(xiàn)一種“往上浮”的情況。當然,這里的“往上浮”并不是指眼淚真的像氣球那樣浮出海面,而是指它在海水中的運動趨勢是向上的。
再加上海水的流動、溫度差異、鹽度分布等多種因素的影響,就可能造成我們看到的動畫片中敖丙眼淚往上流的奇特景象。
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