气凝胶（Aerogel）-"frozen smoke"

一种神奇的材料，能够保护你远离爆炸冲击波的威胁，抹去泄漏的石油，甚至能帮助人类踏上火星。这就是气凝胶（Aerogel），世界上最轻的固体之一，其中空气比例占到了 99％以上，因此有个绰号叫“固体烟（frozen smoke）”。它能够承受1公斤炸药的冲击，抵挡1300度以上的高温，能像海绵那样吸收污染物。科学家正在开发气凝胶的新应用，从网球拍到超级隔热的太空服。

最轻的固体：气凝胶

　　这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此人们也把它称为“固态烟”。

　　新型气凝胶是由美国国家宇航局下属的“喷气推进实验室”材料科学家史蒂芬·琼斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它99.8％都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。

　　别看这种气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料，俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘。

　　气凝胶在航天中的应用远不止这些，美国国家宇航局的“星尘”号飞船正带着它在太空中执行一项十分重要的使命———收集彗星微粒。科学家认为，彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘”号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘样品返回地球。

　　但收集彗星星尘并不是件容易的事，它的速度相当于步枪子弹的6倍，尽管体积比沙粒还要小，可是当它以如此高速接触其它物质时，自身的物理和化学组成都有可能发生改变，甚至完全被蒸发。如今科学家有了气凝胶，这个问题就变得很简单了。它就像一个极其柔软的棒球手套，可以轻轻地消减彗星星尘的速度，使它在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”后，星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹，由于气凝胶几乎是透明的，科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。
相关链接：
http://science.solidot.org/article.pl?sid=07/08/20/0943254&from=rss
http://baike.baidu.com/view/270440.htm

Science's 10 Physics Experiments科学史上最精彩的10次物理实验

纽约州立大学哲学系的Robert P. Crease向物理学家们询问历史上的最精彩的科学实验。于是physics-animations.com挑选出了10个非常著名的实验，写了简要评价并制作了电脑动画。"
1.法国物理学家Louis de Broglie所做的双缝电子衍射实验
2.伽利略的斜塔实验（或者应该是自由落体实验）
3.密立根（Millikan）油滴实验
4.牛顿用棱镜分解太阳光
5.杨氏（Thomas Young）双孔及双缝干涉实验
6.卡文迪什（Cavendish）测量万有引力的扭秤实验
7.古埃及天文学家Eratosthenes用正午阳光照射物体的倾斜角度计算地球周长
8.伽利略用小球从斜面滚落来计算加速度实验
9.卢瑟福从α粒子散射实验推出原子模型
10.法国科学家Foucault的钟摆实验"

可以作为中学物理课课件材料，收藏一下。
转载自：奇客

The simplest motor 如何制作一个最简单的电动机

一根铁钉，一颗电池，一条电线，一个纽扣磁铁(建议用耳机上的钕磁铁)，只要你用上面这些东西，30秒就能做一个世界上最简单的电动机。

先把铁钉和磁铁连起来，并把它一头吸在电池的一极上，正负都可以，只是最后旋转的方法相反而已。然后要用电线把电池和铁钉尾段的磁铁连接起来，即慢慢地用电线碰几下磁铁，铁钉就开始加速旋转。据测量只要15秒就可以使铁钉加速到1万转每分钟！(需垂直放置，建议磁铁大一点，重量抵消磁力后，可以使铁钉和电池接触点的摩擦力最小化)

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-【视频】点击下载 (.mov 1.6mb)

至于原理是法拉第(不是法拉力)的电磁感应的衍生作用洛仑兹力(或安培力)。，但是具体我就忘记了(只记得当时要用什么左右手定律)，:p 看图吧 (绿色的就是引起铁钉旋转的安培力，不过方向好像画反了)。

这里有一个简单的电磁感应演示 (.avi 2.2mb)。

用同样的原理，如果你把铁钉换成一杯盐水(良好的导电体)加上胡椒粉，把磁铁垫到杯子下面，再用两根导线连通电池和盐水，你就能看到神奇的自旋作用。

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-【视频】点击下载 (.mov 2.2mb)

转载自：如何制作一个最简单的电动机！

这里还有一个稍微复杂一点的电动机教程，也是很容易做的（只要花10分钟），最简单的电动机：Building an electric motor in 10 minutes，最后做好的样子也很酷，如下：



或者参照这个做：Simple Electric Motor

Left Handed Materials and Negative Refraction Index-左手物质和负折射率

最近据NewScientist.com的Jeff Hecht报道：

"德国研究人员在制造可见光下的负折射指数物质的竞赛中成为了获胜者。如果你对负折射指数物质不熟悉，那么也许你还记得不久前国内媒体大肆宣传的隐形斗篷。这项先进的技术就可用来制造可见光下看不见的斗篷，或者更可能是制造新一代的光学设备如超级透镜 （super-lenses）它能够比可见光波长的透镜看到更多。"

一般物质的折射率都是正的，空气里是1.0003，普通玻璃大约1.5，钻石为2.4。在1990年代中期伦敦皇家学院的John Pendry就认识到折射率是可以为负的。方法是将一排电子元件集中起来用电流和磁场当光通过时候产生共振。人们把这类物质叫metamaterial。德国Karlsruhe大学的Gunnar Dolling和他的同事展示了一种结构，用光的相位速度（phase velocity）测量物质的折射率，测量法显示这种结构的负折射率为-0.6。


这里有一个pdf的教材：关于左手物质和负折射现象，或者用我的备份文件下载

附：科学新闻台的一篇文章《负折射率的物质》

作者:CCLo 2001/04/23

一年前美国加州大学圣地牙哥分校(UCSD)的物理学家制造出负介电常数与负磁导系数的物质。现在﹐同一组科学家更进一步制造出负折射率的物质。

早在1960年代俄国科学家 Victor Veselago 就提出左手物质(left-handed material)的理论（注一）﹐然而直到去年才由UCSD的Sheldon Schultz 与 David Smith 等人成功的使用铜线与铜环制造出微波段的左手物质。负折射率是左手物质的奇异特性之一﹐然而这Schultz等人所制造出的物质只在一维上展现出左手性质 ﹐因此无法呈现出负折射率的特性。

最近﹐同一组科学家藉着电脑设计的帮助﹐制造出在可以在二维展现出左手性质的微波段左手物质 (Shelby et al., Science, 6 April 2001) 。这种新的材料由铜线与铜环嵌在围成方格状的玻璃纤维薄片中所组成（注二）。当微波射进这样的物质之后其群速 (group velocity)与相速(phase velocity)方向是相反的﹐因此产生了负的折射率。

这种负折射率材料有很高的应用价值：比如说﹐可以用来制造高指向性的天线。对通讯科技将有很大的贡献。

注一：
俄国科学家 Victor Veselago 在 1960 年代所提出：如果一个物质的介电常数 (electric permittivity) 与磁导系数 (magnetic permeability) 的质都是负的﹐则光行经其中时会产生逆杜普勒效应﹐逆司乃耳 (Snell effect) 效应与逆 Cerenkov radiation。 这种物质称作左手物质(left-handed material)﹐乃因电磁波在此物质中的行进方向与电磁场的关系必须以左手描述而非一般物质所遵守的右手定则。

注二:
请见UCSD关于本实验的网站-- http://www-physics.ucsd.edu/lhmedia/

The Gauss Rifle高斯步枪:磁直线加速器

这是一个非常简单的玩具，利用磁场的连锁加速来高速发射一粒钢珠。这个玩具很容易做，只要几分钟，也很容易解释和理解，很有观赏性。



简单的材料：我们需要一根在顶部带有小槽的木尺,一粒钢珠可以在槽中轻易滚动。任何一块带槽的木头或者铜或铝都可以。我们选则木尺，是因为在我们家或者学校周围或者当地文具商店很容易找到。



我们需要一些胶带纸.同样，几乎任何一种都行。这里我们用Scotch牌的透明胶带,用乙烯电胶布也可以。

我们需要四个磁铁块. 任何类型的都可以，但是用磁力越强的磁铁，钢珠就会加速越快。这里我们用超强镀金钕铁硼磁铁，在我们的其它项目中用到过。

我们还需要九粒钢珠、直径与磁铁的高度相当。 我们用五/8英寸口径的镀镍钢球。

我们最后需要一把锋利的刀来切割胶带纸。



我们先贴第一磁铁到尺子的在2.5英寸处。距离有点乱--我们想让所有四个磁石放在同一尺寸内，便于以后距离的计算。



用刀片修剪多余部分胶带纸时，要小心，因为刀片会被磁铁吸引。

这很重要，防止磁铁碰撞在一起， 他们是用脆性材料烧结的像陶瓷一样易碎。把尺子暂时固定在桌子上，防止跳起来，然后把下一个磁铁固定到尺子上。



四个磁铁都固定好后，就可以开始给高斯步枪装弹了。



每块磁铁的右边放两粒钢珠，小心不要掉下来。

高斯枪发射：设置一粒钢珠在最左边的磁铁的导轨上，滚动球。越靠近磁铁，它受磁铁吸引越大，开始自己滚动撞击磁铁。



高斯枪发射时，过程太快，看不清楚，右边的钢珠以相当的力量射出。我们这个一尺长的版本的高斯枪速度不够快，不会有什么伤害，你可以用你的手或脚作为目标。

这是如何做到的呢?

当你滚动第一个球，为第一块磁铁所吸引，一相当的力量击中磁块，我们称这个动能为“一个单位”。

钢珠的动能传递到磁铁，磁铁再传递到下一粒钢珠，再传递到另一个，像打台球一样。第三个球获得了“一个单位”的动能在运动，受到第二块磁铁的吸引加速，当它命中第二块磁铁时，速度差不多是原来的两倍了。

第三球撞击后，第五球以“二个单位”的动能飞出，同样加速撞击第三磁块，获得“三个单位”的动能，到第七个球撞击第四磁块，加速结束，这样累加起来，共获得了4个单位的动能，并传递给最后一个球，以4倍动能飞出命中目标。


从另一角度看机理

当装置设置好准备启动，我们看到有4个球紧贴着磁块。这些球处在物理学家称之为“磁场”的状态中，把它们从磁铁移开需要能量。

但是所有这些球都有另外一个球贴着它，这第二个球不在“磁场”中，它们在离磁块5/8英寸的位置，它们比贴着磁块的球，更容易移动。

假如我们要把贴着磁块的球移动到5/8英寸的位置，我们需要加能量到球上。球被以相当的力拉向磁块，我们放手的话，球的动能就又回来了。

高斯枪发射后，状态就不一样了。现在有两个球紧贴磁块。磁块两边都有一个球。每个球都在“磁场”中，释放了处在离磁铁5/8英寸的位置所储存的能量，这个能量被传递给了最后一个球，用来摧毁目标。

速度与动能

一个物体的动能定义为：1/2质量乘以速度的平方。由于每块磁块的推动，动能线形增加，但速度并不是线形增加。假如我有4个磁块，动能是4，但速度增加的是动能的平方根。因此我们增加磁块，速度每次增加的量很小。球滚动的距离和破坏力是一个动能方程，因此也是一个磁块多少的方程。

我们可以不断放大，直到最后的动能使磁铁被冲击力粉碎。这之后，再增加磁块，就没有什么作用了。

为什么圆形轨道不会成为永动装置？

假如用圆形轨道，我们是不是将得到免费能源,或者可以永远加速？

引用一句名言回答：“在世界上分两种人--一种理解热力学第二定律，一种不理解。”

假设你已经建了一个圆形轨道，在每个磁块后放了两个球。当最后一个球释放，碰到磁块，这个磁块有两个球在磁场中，就没有能量从这个磁块贡献出来。

翻译自：http://www.scitoys.com/scitoys/scitoys/magnets/gauss.html