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把装着土豆的箩筐摇动几下,大土豆往往会抛到上面来,小土豆则沉到筐底,这是为什么? 第1页

  

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土豆的每一种排列状态都可以对应一个重力势能,所以可以定义关于土豆排列状态的重力势能函数。而经过摇晃后,如果土豆的排列几乎没有大的改变,就意味着此时这个排列是势能函数的极小值点——势阱。势阱越深,越不容易发生状态转移。

小土豆可以视为球体,球半径越小,空间利用率越高,如果小土豆都集中在筐的底部,则底部的质量密度大,于是势能就相对低。反之,如果大土豆在下,小土豆在上,则相同的底部空间只分布了很少的质量,而大部分质量分布位置偏上,那么势能就大。一旦“下小上大”形成后,由于竹筐底部小土豆间的缝隙太小,大土豆埋进去会有阻力;反之,“上小下大”,下面的缝隙大,小土豆很容易穿过大缝隙。所以,“下小上大”形成势阱,“上小下大”是不稳定的状态。

高能状态往低能状态转移是热力学的基本规律。所以摇动后,不稳定的状态顺着势能减少的方向,容易转移到相对稳定的状态。




  

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