一个有趣的热力学问题:硬币何时“翩翩起舞”?

从热力学的角度,本文对2018年国际青年物理学家锦标赛(IYPT2018)的第三个课题"跳舞的硬币(Dancing Coin)"进行了理论分析.该现象与生活密切相关,描述了一个温度非常低的瓶子上一枚硬币所发生的运动,且这样一个热力学系统可作为一个很好的教学案例,让学生对气体的热化、绝热膨胀等相关热力学过程有直观深入的了解.本文的研究得到硬币弹起时间和系统的热力学量的关系,同时发现,硬币"跳舞"的时间间隔与系统与环境的温差呈负相关,即硬币跳舞的时间间隔随着系统被环境加热而越来越长,直至无法跳起.进一步研究表明,瓶内气体的初始温度与环境温差越大,最大弹起次数越大;临界压强与大气压越接近,最大弹起次数越大.本文最后通过实验验证了所给理论模型中的假设及其预言的正确性.     

科里奥利力表达式的一种简单推导方法

构造了一种简单的模型, 在圆周运动的基础上通过简单的相对运动分析, 从受力平衡的角度导出了该 情景下的科里奥利力. 该推导过程可以直观地让学生理解惯性系和非惯性系中对物体进行受力分析的不同方式, 以及科氏力为何是一种在非惯性系中才存在的“ 等效力” . 本文所构建的情景和证明方式可以让学生加深对于非惯 性系中存在的物理现象的理解