什么是“惯性力”?
—E. 洛佩兹,洛杉矶
加州理工学院理论物理学家和2004年诺贝尔奖得主戴维·波利策回复
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您在行驶的汽车中感受到的力——当驾驶员踩油门时将您推回座椅的力,或当汽车急转弯时将您甩到一侧的力——是惯性力的日常示例。一般来说,这些影响的产生是因为给定情况的自然参考系本身正在加速。
“惯性力”一词在牛顿力学中具有精确的含义——事实上,它始终与作用在其上的物体的质量成正比。
这些类型的明显影响的一个优雅例子是科里奥利力,它负责仔细悬挂的摆的摆动平面的庄严的进动(或圆周旋转)。如果这样的摆锤直接位于北极之上,那么对于地球上的观察者来说,它似乎每天旋转360度。但是,如果您从外太空的静止点观察这个摆锤,它看起来会在一个固定的平面内摆动,而地球在其下方转动。从外太空的角度来看,没有横向力(即垂直于摆动平面)使摆锤的摇摆发生偏转。这就是为什么带有轻微贬义的术语“惯性”被附加到这种力上的原因。同样,在汽车中,没有真正的力将您推回座椅,尽管您的感官如此。
茶叶提供了一个迷人的科里奥利力后果的演示。如果在搅拌的茶杯中存在一些茶叶,它们最终会在杯底形成一个中央堆(而不是像人们可能预期的那样,沿着边缘,这是同样是惯性力的离心力的结果)。如果您想象自己与搅拌的流体同步旋转,那么大部分流体看起来都处于静止状态,而杯子在您周围反向旋转。旋转的杯子会拖动一些相邻的流体。在底部附近,科里奥利力作用在该拖动的流体上,并将其——以及茶叶——推向杯子的中心。
借助广义相对论,阿尔伯特·爱因斯坦成功地永远模糊了真实力和惯性力之间的区别。广义相对论是他关于引力的理论——当然是“真实”力的范例。然而,爱因斯坦理论的基石是引力本身就是一种惯性力(或者,更确切地说,它与惯性力无法区分)的命题。现在,大约90年后,我们有无数且每天的证实,他的理论似乎是正确的。
为什么苹果片切开后会变成棕色?
—A. 苏拉亚,贡图尔,印度
马萨诸塞大学阿默斯特分校食品科学教授琳恩·麦克朗斯堡解释说
当苹果被切开或碰伤时,引入其受损组织的氧气与那里的化合物发生反应,导致褐变。当氧气存在于组织细胞中时,叶绿体(叶绿素的所在地和进行光合作用的场所)中的多酚氧化酶 (PPO) 会迅速氧化苹果组织中天然存在的酚类化合物,生成邻醌。这些无色化合物然后自组装成聚合物,或与氨基酸或蛋白质反应,在果实组织中形成深色色素的次级产物。
可以通过减少 PPO 氧化或降低酶可以结合的底物量来防止这种酶促褐变。用糖或糖浆涂抹新鲜切开的苹果可以减少氧气扩散,从而减缓褐变反应。柠檬汁或菠萝汁都含有抗氧化剂,也可以延缓变色。(此外,两种果汁都是酸性的,它们带来的较低 pH 值会降低 PPO 活性。)虽然加热会改变水果的质地,但加热可以使 PPO 酶失活——将苹果在沸水中焯烫四到五分钟几乎可以消除 PPO 活性。
酶促褐变并非苹果独有。PPO 几乎存在于所有植物组织中,也存在于细菌、动物和真菌中。事实上,来自 PPO 的褐变并非总是不受欢迎的:茶、咖啡和可可的熟悉色调来自产品加工过程中的 PPO 酶促褐变。
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