多面体的面概念 多面体的概念( 二 )


而对于更多数目的竹签,情况更加复杂 。小编虽然没有找到合适的数学模型去求解,但有一个物理模型作为破解思路 。实际上,微观世界中也存在着这样的一堆竹签,那就是液晶 。将这种材料放大到分子尺度,可以看到它们是由一根根“小竹签”排列组合而成的,它们在低温时呈现晶体相,也就是周期性的有序排列,随着温度升高,这些“竹签”变得可以流动起来,有序的取向逐渐向无序转变,直到最后所有液晶顺序都丢失,达到各向同性的液体状态 。这些液晶分子的取向或许可以为我们的更大占据体积提供线索 。

多面体的面概念  多面体的概念

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从结晶状态加热时观察到的不同液晶(LC)相的示意图
来源:I.Dierking
好了好了,说到这里小编读者朋友已经lay了,不如让我们回归生活,看看有序和无序还有哪些体现吧——
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01
更多的发量
多面体的面概念  多面体的概念

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同一个头,不同的发量 来源:baijiahao
左侧的头发占据的空间体积大,每根头发的排列方向较为分散,右侧的头发占据的空间体积小,每根头发的排列方向整齐 。
咱也就是说,保持头发乱一些,可以从视觉上增大发量(bushi
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静 电 增 发 !! 来源:蜂鸟网
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02
更暖的衣服
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美丽的鹅绒毛 来源:sohu
每一根鹅绒上都有大量的细丝,每根细丝上还会分出大量绒毛 。
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满杯鹅绒 来源:baijiahao
这些绒毛上的细丝方向杂乱无章,每一团鹅绒虽然很轻,但都能占据较大的体积 。而这部分体积中大多数是空气,空气具有良好的隔热特性,这使得羽绒服虽然不重,但保暖效果很好 。
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03
更旺的篝火
多面体的面概念  多面体的概念

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燃烧的篝火
来源:全景网
错乱摆放的木柴,同样具有比木柴本身体积更大的平均占据体积,这使得空气能够在木柴搭出的空洞中更好的流通,让木柴更充分的燃烧 。
或许可以想得更深远一点,从能量的角度上来说,在一个圆筒内,错乱的摆放竹签,相较于整齐的摆放竹签往往会具有更高的重力势能,由于没有动能,在忽略弹性势能的前提下,其总能量更高 。根据最小势能原理,当体系势能最小时,系统会处于稳定平衡状态 。而实际我们在放竹签时,如果不特别的注意,会发现竹签总是会趋于错乱地摆放,也就是会处于一个能量更高的态 。这与最小势能原理似乎是相违背的 。问题出在哪了呢?
实际上,虽然错乱地摆放竹签其能量更高,但是它也是一种可以稳定存在的状态——亚稳态 。亚稳态即动力系统中的一种中间能态,而非系统的最小能态 。两个稳定的状态之间存在一个势垒,轻易的扰动没法让它从一个亚稳定的状态(1)变到更稳定的状态(3),而是需要克服势能做功来越过势垒 。
多面体的面概念  多面体的概念

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亚稳态(1) 到稳态(3) 来源:wiki
对撸串桌上的竹筒而言,就是拿出我们的手,一根一根的整理竹签,才能够让它到能量更低的状态 。不同的体系中的势垒高度不同,竹签的形状、重量、表面粗糙程度,还有竹签筒的形状,都会影响势垒的高度,因此有的体系达到整齐摆放的状态很容易,只需要轻微的扰动就可以让它们从错乱摆放的状态变成有序的状态 。
多面体的面概念  多面体的概念

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在筷子筒中随意的放置筷子,也能达到有序的状态
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:)
温馨提示
好了
今天的分析就到这里
过了腊八还有年
与友小聚,撸串之余
别忘了整理竹签哦~
参考文献
Octahedral pyramid - Wikipedia
Schematic illustration of different liquid crystal (LC) phases observed... | Download Scientific Diagram (researchgate.net)
Packing cylinders with high density. | Download Scientific Diagram (researchgate.net)
Determining Convexity of Polyhedra (flookes.com)
Metastability - Wikipedia
Octahedral pyramid - Wikipedia
最小势能原理_百度百科 (baidu.com)
封图背景来源:《人生一串》纪录片

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