抵抗矩和惯性矩的关系 惯性矩的物理意义是什么( 三 )


视频来源:Plasma Ben / Youtube.
在空中旋转的网球拍是这个效应的一个典型例子,这个效应也因此得名 。它也被称为Dzhanibekov效应,以俄罗斯宇航员Vladimir Dzhanibekov的名字命名 。1985年,Dzhanibekov在太空中发现了这个效应 。
这个效应适用于所有轴1小于轴2,轴2小于轴3的三维刚体,即便中间轴的长度与轴3可能非常接近,也会出现这种绕着最长和最短的轴旋转稳定;而绕着中间轴的运动则会出现即使在最小的干扰下,也会引发的180度翻转现象 。
光电效应
当光照射在金属表面时,它会将围绕着原子核旋转的电子“踢”出来,这便是著名的光电效应 。但是要让这一切发生,光的频率必须高于某个阈值——这个值的大小取决于材料 。如果频率低于阈值,那么不论光的强度有多大,都无法将电子踢出 。
【抵抗矩和惯性矩的关系 惯性矩的物理意义是什么】1905年,为了解释光电效应,爱因斯坦(Albert Einstein)提出了光实际上是由量子——即光子构成的,而光子的能量正比于频率 。爱因斯坦也因提出光电效应而在1922年被授予诺贝尔物理学奖 。
光电效应非常重要,它不仅是光合作用的基础,同时也是现代许多电子设备,如光电二极管、光导纤维、电信网络、太阳能电池等等的理论基础 。
霍尔效应
1879年,年仅24岁的霍尔(Edwin Hall)发现了一个神奇的现象 。他注意到,如果将一个有电流流过的金属片放到磁场中,让磁感线以垂直的角度穿过金属片的表面,那么在既垂直于磁场又垂直于电流的方向上就会产生一个电势差,这种现象便是霍尔效应 。它之所以发生,是因为带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的影响,使其运动方向发生偏转 。
霍尔的实验是在室温下以及中等强度的磁场(小于1T)下进行的 。到了20世纪70年代末,研究人员开始使用半导体材料,在低温(接近绝对零度)和强磁场(约30T)的条件下,研究霍尔效应 。在低温半导体材料中,电子具有很强的流动性,但它们只能在一个二维平面中运动 。这种几何上的限制导致了许多意想不到的影响,其中一个就是改变了霍尔效应的特征,这种变化可以通过测量霍尔电阻随磁场强度的变化而观察到 。
1980年,德国物理学家冯·克利青(Klaus von Klitzing)在类似的实验条件下发现,霍尔电阻随磁场强度的变化不是线性的,而是呈阶梯式的 。阶梯出现的位置与材料属性无关,而是与一些基本物理常数除以一个整数有关 。这便是整数量子霍尔效应,是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一 。这一发现也为冯·克利钦在1985年赢得了诺贝尔物理学奖 。
在对量子霍尔效应的后续研究中,研究人员又惊喜地发现了霍尔电阻的一个新阶梯,比冯·克利青发现的最高电阻高三倍 。随后,研究人员发现了越来越多这样的新阶梯,所有新台阶的高度都能用以前的常数表示,但需要它们除以不同的分数 。正是因为这个原因,新的发现被命名为分数量子霍尔效应 。

推荐阅读