你是不是也有过这种体验:
一到晚上照镜子,
总觉得自己比白天帅/美了不少?
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Q1 为什么拼不回断裂的磁铁?
Q2 为什么鱼汤表面颜色更浅?
Q3 为什么信号经过旋转雷达天线关节不会断?
Q4 什么决定了火焰的颜色?
Q5 地球自转和公转的力来自哪里?
Q6 从天上掉下来的雨滴到底干不干净?
Q7 怎样算接地?
Q8 为什么晚上照镜子会变帅?
Q1
一块完整磁铁断裂后,为什么拼不回去?
by 匿名
答:
有的磁铁分开后会合成一块,有的不行,要看磁极长什么样,是怎么切断的。 我们一般见到的长条形磁铁,两端是南北极,可以理解为很多小磁铁的串联,垂直劈开后仍然是南北极相对,最终会异性相吸。有的磁铁的磁极性方向不是沿着长轴,而我们从中这样分开后其实是变成两个磁铁的并联,最后磁铁会变成同性相斥。图1是展示。
参考资料:
by 小被子
Q.E.D.
Q2
为什么鱼汤放冰箱里冻起来,表面的颜色比下面的颜色浅?
by YYZ
答:
咱们熬出的浓白的鱼汤本质上是一锅“乳浊液”,炖煮过程中,持续翻滚的气泡结合高温的作用,将鱼肉中的脂肪打散成无数微小的油滴,这些油滴被蛋白质包裹着悬浮在汤里。这个时候,照进汤里的光线,碰到这些密密麻麻的小油滴,就会发生散射现象,我们的眼睛看着就是奶白色。
当我们把鱼汤放到冰箱后,由于脂肪的密度略微小于水,在静置初期,汤里的微小油滴会慢慢向液面汇聚,这个过程和刚挤出的鲜牛奶静止一段时间后,表面会浮出一层乳脂是相同的物理过程。但当温度降低至10℃至15℃时,鱼骨和鱼皮中熬出的胶原蛋白会形成三维网状结构,将汤液变成黏稠的“鱼冻”。这道网锁死了微小脂肪的位置,让上浮过程戛然而止。
随后温度降至冰点以下,表层富集的脂肪失去流动性,与表层冰晶交织成了致密的“冰脂混合物”。这种结构对光线散射很强,看起来呈现出不透明的浅白色。而反观汤的底部,由于大量脂肪的流失,透光性得到增强,于是显露出了底汤中游离氨基酸、核苷酸降解物以及微量色素等水溶性物质形成的深褐色。
下次从冰箱里拿鱼汤加热时,你可以观察一下:表面那层最白的部分,遇热会最先化开,变成一层清亮的浮油。这正好证明了,那层白色的家伙其实就是被冻住的脂肪。
by 柠七
Q.E.D.
Q3
为什么可以360°不断机械旋转的雷达天线,是依靠什么技术保证信号经过旋转关节还能正常传输的?如果是有线传输的话会拧断线缆的吧?
by 匿名
答:
既然有线传输会拧断线缆,那我们给转动部分安上蓝牙吧!(大误)事实上,这个问题仍然是通过有线传输解决的,只不过加上了一些小巧思:
对于生活中常见低频电信号,简单的导电滑环就能解决。它的转动部分是一个金属环阵列,每一个环对应一路电信号;而静止部分连着导电刷丝, 刷丝轻轻按在旋转的金属环上,始终与其保持物理接触。这样,电流就能从静止的底座通过电刷传递到旋转的天线上。
但雷达发射的是超高频电磁波,这种信号在机械接触式的滑环结构中会产生巨大的能量损失和严重的电磁干扰。因此,高频雷达信号的传输要用上微波旋转关节。 有些旋转关节内部是接触式的同轴线,通过一个压缩弹簧让内外导体紧密接触在一起,保持信号传输稳定。
而有的旋转关节内部是圆形波导(有点像一根圆形水管),波导内部采用轴对称的电磁场模式(如TM01模),这样无论管子怎么转,电磁场的分布都不会变,信号也就保持了稳定。工程上,雷达旋转关节设计并不简单,若是要同时传输多路信号,结构就更复杂了:
可能有读者想问,既然如此,那为什么不能给雷达装上蓝牙呢?因为即使在无线传输技术高度发达的今天,无线传输的功率、速度、稳定性和电磁兼容性仍然无法和有线传输相比——而对于雷达而言,这几项性能可是至关重要的!
参考资料:
雷达馈线技术[M]. 张德斌, 周志鹏, 朱兆麒. 北京: 电子工业出版社. 2010.
by 冰糕
Q.E.D.
Q4
什么决定了火焰的颜色?为什么蜡烛的颜色是黄色的,但是本生灯的火焰就是蓝色的呢?
by Devin
答:
火焰是燃料和氧气发生化学反应时形成的高温发光区,发出的光的波长决定了我们看到的火焰的颜色。那么重点就变成了发光波长在不同情况下的具体分布。对于燃料而言,当其含有特定的金属元素时,这些金属元素在高温下会发生焰色反应(没错,就是化学课本里提到的焰色反应),发出特定颜色的光,比如化学课本里面提到的铜的蓝绿色,和钾的紫色。这是化学元素本身的原子光谱(原子吸收能量从而跃迁到高能级,处于高能级的原子跳回低能级时会放出特定波长的光)。但是这里要注意,我们看到的光不是反应本身,而是这些金属元素借助了高温进行发光,当焰色反应发出的光盖过原本燃烧放出的光时,我们看到的火焰就是焰色反应的颜色。(烟花的颜色就是这么来的,又学到新知识了吧!)
当不含有金属元素时,火焰的颜色主要受燃烧是否充分影响。燃烧不充分时,由于氧气供应不足,燃料中的碳氢化合物会热解出大量细小的炽热碳颗粒,这些固体颗粒在高温下发生黑体辐射,其发光的颜色取决于温度。一般在1000-1200 °C的区间对应的光谱峰值是黄橙波段,因此,我们观察到的是明亮的黄色火焰,这也回答了为什么蜡烛火焰呈黄色。而对于完全燃烧而言,燃料被彻底氧化为二氧化碳和水,几乎不产生游离的碳颗粒。此时,火焰的颜色不再由黑体辐射主导,而是由气相化学反应中产生的激发态自由基(如 )所控制,这些自由基从高能级跃迁回低能级时会释放特定波长的光子,从而使火焰呈现淡蓝色。
这里就解释了本生灯的火焰为什么是蓝色。本生灯底部有一个进气孔,进气孔打开时,燃气在燃烧前就已经混入较多氧气,燃烧更加充分,因此能看到蓝色的火焰。
参考资料:
Yang J, Ma Z, Zhang Y. Improved colour-modelled CH* and C2* measurement using a digital colour camera [J]. Measurement, 2019, 141: 235-240. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.04.016.
宋敏,郐新凯.蜡烛火焰的光谱分析[J].光谱学与光谱分析,1994,(04):77-78+42.
by Java
Q.E.D.
Q5
地球自转和公转的力来自哪里?
by 子慧
答:
这种所谓的“力”不是真的力,而是来自于惯性,牛顿第一定律告诉我们力不是运动保持的原因而是改变运动的原因。地球自转和公转的保持都来源于初始地球和太阳系形成时的原初角动量,由于宇宙中几乎没有摩擦力等外力作用,因此这种旋转可以一直保存下去,是角动量守恒的原理保证的。要简单理解角动量守恒,我们可以考虑在一个没有摩擦力等外力作用的“冰面”上滑行的小球会一直移动,这是动量守恒所保证的。角动量守恒也是类似的道理,地球自转和公转类似于陀螺在上述“冰面”上不断旋转。
参考资料:
by 小被子
Q.E.D.
Q6
有听说下雨时的雨水不干净很脏,想知道从天上掉下来的雨滴到底干不干净?
by 匿名
答:
不干净。首先来看看雨是如何形成的,地表的水蒸发成为水汽后,随着暖湿气流上升,而温度随着高度的升高而降低,当温度降低到水汽的露点温度时,水汽会在凝结核上凝结形成小水滴,这些水滴聚在一起形成云,云继续上升冷却或者外围水汽不断补充时,水滴的重量超过空气的浮力便开始下落形成雨滴。下落过程中,雨滴会与空气中的各种脏东西结合(湿沉降),比如灰尘、花粉、汽车尾气颗粒甚至是细菌。更有甚者,空气中的氮氧化物、二氧化硫浓度较高时,会溶解到降落的水滴当中导致雨水酸性增强形成酸雨。综合来说,雨水不能算干净。
参考资料:
by Java
Q.E.D.
Q7
电路里面经常说“接地”,物理里面也经常说“接地”,在现实生活中说“手碰到电线,脚踩在地上就会触电”,地线和“地”到底是什么关系?“接地”又是什么?在上面那个触电的例子里,如果穿着鞋子算不算站在地上?
by Max, well?
答:
一般来说“接地”的含义有两种。第一种是工作接地:在电路板内部,为了方便计算,人为规定某条线为0V参考线(GND),它不一定真的连接到了土壤。第二种是保护接地,也就是家里三孔插座的那条地线——这条线是真的通往户外的。 在建筑施工时,会有巨大的铜排或角钢深埋在地下潮湿的土壤中,地线最终就连在那里。
在讨论“触电”问题时,我们考虑的是保护接地。在这个语境下,地线和大地的电势是一致的,可认为都是0V。地线一般和家用电器的金属外壳连在一起,一旦电器出现漏电,电流会优先经过地线流回大地,而不是流过电阻较大的人体,保护我们免于触电。
“手碰到电线,脚踩在地上就会触电”,这种情况是你摸到火线了!火线的有效电势高达220V,这种情况下,电流会流过你的身体,通过的脚进入大地,造成触电。即使穿着鞋,也不是绝对安全的——在物理学上,并没有绝对的绝缘体,只有电阻极大的物质。是否触电取决于流经身体的电流大小,如果你的鞋底不够厚,或受潮、有汗水,或沾有金属颗粒——它的电阻会大大减小,你仍然会触电。因此,电工操作中会穿着特制的绝缘鞋。
by 冰糕
Q.E.D.
Q8
为什么晚上照镜子的时候会感觉自己变得很帅?
by 7
答:
你是不是也有过这种体验:一到晚上照镜子,总觉得自己比白天帅/美了不少?先别急着怀疑是自己自恋,这还真不全是你的幻觉,让我们来看看物理学和生理学上的“科学依据”。
最直接的原因是光线。白天的光比较强,很容易在眼袋、法令纹和皮肤不平整处留下清晰的阴影,这无形中放大了各种瑕疵。但到晚上,室内的光线通常偏弱、偏暖,在墙壁和家具上弹来弹去,就变成了多方向的漫反射。这种柔和的光很难制造出深阴影,默默地就把我们面部的瑕疵给“抹平”了一截,效果就像拍照时在旁边放了盏柔光灯。
其次,我们眼睛也在“打配合”。你想想,在暗光下,我们的瞳孔会自然放大。这一放大,一方面会让眼睛在视觉上显得更有神采,另一方面,它也会增加眼球的球面像差。此外,在光线暗的地方,人眼负责分辨精细色彩和细节的锥体细胞“退居二线”,视网膜的分辨率也跟着下降。这些变化就像人眼自动开启了轻微的“柔焦”模式,那些细小的毛孔和皱纹,自然就看得没那么清了。
当然,最懂你的还是你自己的大脑。心理学上有一个很有趣的解释,叫“单纯曝光效应”。简单来说,人对自己熟悉的东西更容易产生好感。因为你天天在镜子里看到自己,大脑早就对脸自带“好感滤镜”。再加上心态的变化——白天照镜子往往是为了出门“检查仪表”,注意力都在找缺点上;而晚上洗完澡,人彻底放松下来,表情自然了,对镜子里自己的审视也就变得宽容、温柔多了。
毕竟,白天的坚硬和棱角是展示给世界的,而夜晚的柔焦与帅气才是留给自己的。
by 柠七
Q.E.D.
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