你是不是也有過這種體驗(yàn)：

一到晚上照鏡子，

總覺得自己比白天帥/美了不少？

問答導(dǎo)航
Q1 為什么拼不回斷裂的磁鐵？
Q2 為什么魚湯表面顏色更淺？
Q3 為什么信號經(jīng)過旋轉(zhuǎn)雷達(dá)天線關(guān)節(jié)不會斷？
Q4 什么決定了火焰的顏色？
Q5 地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的力來自哪里？
Q6 從天上掉下來的雨滴到底干不干凈？
Q7 怎樣算接地？
Q8 為什么晚上照鏡子會變帥？

Q1

一塊完整磁鐵斷裂后，為什么拼不回去？

by 匿名

答：

有的磁鐵分開后會合成一塊，有的不行，要看磁極長什么樣，是怎么切斷的。 我們一般見到的長條形磁鐵，兩端是南北極，可以理解為很多小磁鐵的串聯(lián)，垂直劈開后仍然是南北極相對，最終會異性相吸。有的磁鐵的磁極性方向不是沿著長軸，而我們從中這樣分開后其實(shí)是變成兩個磁鐵的并聯(lián)，最后磁鐵會變成同性相斥。圖1是展示。

圖1.不同磁鐵斷開結(jié)果

參考資料：

by 小被子

Q.E.D.

Q2

為什么魚湯放冰箱里凍起來，表面的顏色比下面的顏色淺？

by YYZ

答：

咱們熬出的濃白的魚湯本質(zhì)上是一鍋“乳濁液”，燉煮過程中，持續(xù)翻滾的氣泡結(jié)合高溫的作用，將魚肉中的脂肪打散成無數(shù)微小的油滴，這些油滴被蛋白質(zhì)包裹著懸浮在湯里。這個時候，照進(jìn)湯里的光線，碰到這些密密麻麻的小油滴，就會發(fā)生散射現(xiàn)象，我們的眼睛看著就是奶白色。

當(dāng)我們把魚湯放到冰箱后，由于脂肪的密度略微小于水，在靜置初期，湯里的微小油滴會慢慢向液面匯聚，這個過程和剛擠出的鮮牛奶靜止一段時間后，表面會浮出一層乳脂是相同的物理過程。但當(dāng)溫度降低至10℃至15℃時，魚骨和魚皮中熬出的膠原蛋白會形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將湯液變成黏稠的“魚凍”。這道網(wǎng)鎖死了微小脂肪的位置，讓上浮過程戛然而止。

隨后溫度降至冰點(diǎn)以下，表層富集的脂肪失去流動性，與表層冰晶交織成了致密的“冰脂混合物”。這種結(jié)構(gòu)對光線散射很強(qiáng)，看起來呈現(xiàn)出不透明的淺白色。而反觀湯的底部，由于大量脂肪的流失，透光性得到增強(qiáng)，于是顯露出了底湯中游離氨基酸、核苷酸降解物以及微量色素等水溶性物質(zhì)形成的深褐色。

下次從冰箱里拿魚湯加熱時，你可以觀察一下：表面那層最白的部分，遇熱會最先化開，變成一層清亮的浮油。這正好證明了，那層白色的家伙其實(shí)就是被凍住的脂肪。

by 檸七

Q.E.D.

Q3

為什么可以360°不斷機(jī)械旋轉(zhuǎn)的雷達(dá)天線，是依靠什么技術(shù)保證信號經(jīng)過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還能正常傳輸?shù)?？如果是有線傳輸?shù)脑挄Q斷線纜的吧？

by 匿名

答：

既然有線傳輸會擰斷線纜，那我們給轉(zhuǎn)動部分安上藍(lán)牙吧?。ù笳`）事實(shí)上，這個問題仍然是通過有線傳輸解決的，只不過加上了一些小巧思：

對于生活中常見低頻電信號，簡單的導(dǎo)電滑環(huán)就能解決。它的轉(zhuǎn)動部分是一個金屬環(huán)陣列，每一個環(huán)對應(yīng)一路電信號；而靜止部分連著導(dǎo)電刷絲， 刷絲輕輕按在旋轉(zhuǎn)的金屬環(huán)上，始終與其保持物理接觸。這樣，電流就能從靜止的底座通過電刷傳遞到旋轉(zhuǎn)的天線上。

一種簡易導(dǎo)電滑環(huán)（圖源網(wǎng)絡(luò)）

但雷達(dá)發(fā)射的是超高頻電磁波，這種信號在機(jī)械接觸式的滑環(huán)結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生巨大的能量損失和嚴(yán)重的電磁干擾。因此，高頻雷達(dá)信號的傳輸要用上微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。 有些旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)部是接觸式的同軸線，通過一個壓縮彈簧讓內(nèi)外導(dǎo)體緊密接觸在一起，保持信號傳輸穩(wěn)定。

單通道寬帶接觸式旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)

而有的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)部是圓形波導(dǎo)（有點(diǎn)像一根圓形水管），波導(dǎo)內(nèi)部采用軸對稱的電磁場模式（如TM01模），這樣無論管子怎么轉(zhuǎn)，電磁場的分布都不會變，信號也就保持了穩(wěn)定。工程上，雷達(dá)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計并不簡單，若是要同時傳輸多路信號，結(jié)構(gòu)就更復(fù)雜了：

一種六通道旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

可能有讀者想問，既然如此，那為什么不能給雷達(dá)裝上藍(lán)牙呢？因?yàn)榧词乖跓o線傳輸技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，無線傳輸?shù)墓β?、速度、穩(wěn)定性和電磁兼容性仍然無法和有線傳輸相比——而對于雷達(dá)而言，這幾項性能可是至關(guān)重要的！

參考資料：

1. 雷達(dá)饋線技術(shù)[M]. 張德斌, 周志鵬, 朱兆麒. 北京: 電子工業(yè)出版社. 2010.

by 冰糕

Q.E.D.

Q4

什么決定了火焰的顏色？為什么蠟燭的顏色是黃色的，但是本生燈的火焰就是藍(lán)色的呢？

by Devin

答：

火焰是燃料和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時形成的高溫發(fā)光區(qū)，發(fā)出的光的波長決定了我們看到的火焰的顏色。那么重點(diǎn)就變成了發(fā)光波長在不同情況下的具體分布。對于燃料而言，當(dāng)其含有特定的金屬元素時，這些金屬元素在高溫下會發(fā)生焰色反應(yīng)（沒錯，就是化學(xué)課本里提到的焰色反應(yīng)），發(fā)出特定顏色的光，比如化學(xué)課本里面提到的銅的藍(lán)綠色，和鉀的紫色。這是化學(xué)元素本身的原子光譜（原子吸收能量從而躍遷到高能級，處于高能級的原子跳回低能級時會放出特定波長的光）。但是這里要注意，我們看到的光不是反應(yīng)本身，而是這些金屬元素借助了高溫進(jìn)行發(fā)光，當(dāng)焰色反應(yīng)發(fā)出的光蓋過原本燃燒放出的光時，我們看到的火焰就是焰色反應(yīng)的顏色。（煙花的顏色就是這么來的，又學(xué)到新知識了吧！）

當(dāng)不含有金屬元素時，火焰的顏色主要受燃燒是否充分影響。燃燒不充分時，由于氧氣供應(yīng)不足，燃料中的碳?xì)浠衔飼峤獬龃罅考?xì)小的熾熱碳顆粒，這些固體顆粒在高溫下發(fā)生黑體輻射，其發(fā)光的顏色取決于溫度。一般在1000-1200 °C的區(qū)間對應(yīng)的光譜峰值是黃橙波段，因此，我們觀察到的是明亮的黃色火焰，這也回答了為什么蠟燭火焰呈黃色。而對于完全燃燒而言，燃料被徹底氧化為二氧化碳和水，幾乎不產(chǎn)生游離的碳顆粒。此時，火焰的顏色不再由黑體輻射主導(dǎo)，而是由氣相化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)自由基（如 ）所控制，這些自由基從高能級躍遷回低能級時會釋放特定波長的光子，從而使火焰呈現(xiàn)淡藍(lán)色。

這里就解釋了本生燈的火焰為什么是藍(lán)色。本生燈底部有一個進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔打開時，燃?xì)庠谌紵熬鸵呀?jīng)混入較多氧氣，燃燒更加充分，因此能看到藍(lán)色的火焰。

參考資料：

1. 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.

2. 宋敏,鄶新凱.蠟燭火焰的光譜分析[J].光譜學(xué)與光譜分析,1994,(04):77-78+42.

by Java

Q.E.D.

Q5

地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的力來自哪里？

by 子慧

答：

這種所謂的“力”不是真的力，而是來自于慣性，牛頓第一定律告訴我們力不是運(yùn)動保持的原因而是改變運(yùn)動的原因。地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的保持都來源于初始地球和太陽系形成時的原初角動量，由于宇宙中幾乎沒有摩擦力等外力作用，因此這種旋轉(zhuǎn)可以一直保存下去，是角動量守恒的原理保證的。要簡單理解角動量守恒，我們可以考慮在一個沒有摩擦力等外力作用的“冰面”上滑行的小球會一直移動，這是動量守恒所保證的。角動量守恒也是類似的道理，地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)類似于陀螺在上述“冰面”上不斷旋轉(zhuǎn)。

參考資料：

by 小被子

Q.E.D.

Q6

有聽說下雨時的雨水不干凈很臟，想知道從天上掉下來的雨滴到底干不干凈？

by 匿名

答：

不干凈。首先來看看雨是如何形成的，地表的水蒸發(fā)成為水汽后，隨著暖濕氣流上升，而溫度隨著高度的升高而降低，當(dāng)溫度降低到水汽的露點(diǎn)溫度時，水汽會在凝結(jié)核上凝結(jié)形成小水滴，這些水滴聚在一起形成云，云繼續(xù)上升冷卻或者外圍水汽不斷補(bǔ)充時，水滴的重量超過空氣的浮力便開始下落形成雨滴。下落過程中，雨滴會與空氣中的各種臟東西結(jié)合（濕沉降），比如灰塵、花粉、汽車尾氣顆粒甚至是細(xì)菌。更有甚者，空氣中的氮氧化物、二氧化硫濃度較高時，會溶解到降落的水滴當(dāng)中導(dǎo)致雨水酸性增強(qiáng)形成酸雨。綜合來說，雨水不能算干凈。

參考資料：

by Java

Q.E.D.

Q7

電路里面經(jīng)常說“接地”，物理里面也經(jīng)常說“接地”，在現(xiàn)實(shí)生活中說“手碰到電線，腳踩在地上就會觸電”，地線和“地”到底是什么關(guān)系？“接地”又是什么？在上面那個觸電的例子里，如果穿著鞋子算不算站在地上？

by Max, well?

答：

一般來說“接地”的含義有兩種。第一種是工作接地：在電路板內(nèi)部，為了方便計算，人為規(guī)定某條線為0V參考線（GND），它不一定真的連接到了土壤。第二種是保護(hù)接地，也就是家里三孔插座的那條地線——這條線是真的通往戶外的。 在建筑施工時，會有巨大的銅排或角鋼深埋在地下潮濕的土壤中，地線最終就連在那里。

在討論“觸電”問題時，我們考慮的是保護(hù)接地。在這個語境下，地線和大地的電勢是一致的，可認(rèn)為都是0V。地線一般和家用電器的金屬外殼連在一起，一旦電器出現(xiàn)漏電，電流會優(yōu)先經(jīng)過地線流回大地，而不是流過電阻較大的人體，保護(hù)我們免于觸電。

“手碰到電線，腳踩在地上就會觸電”，這種情況是你摸到火線了！火線的有效電勢高達(dá)220V，這種情況下，電流會流過你的身體，通過的腳進(jìn)入大地，造成觸電。即使穿著鞋，也不是絕對安全的——在物理學(xué)上，并沒有絕對的絕緣體，只有電阻極大的物質(zhì)。是否觸電取決于流經(jīng)身體的電流大小，如果你的鞋底不夠厚，或受潮、有汗水，或沾有金屬顆?！碾娮钑蟠鬁p小，你仍然會觸電。因此，電工操作中會穿著特制的絕緣鞋。

by 冰糕

Q.E.D.

Q8

為什么晚上照鏡子的時候會感覺自己變得很帥？

by 7

答：

你是不是也有過這種體驗(yàn)：一到晚上照鏡子，總覺得自己比白天帥/美了不少？先別急著懷疑是自己自戀，這還真不全是你的幻覺，讓我們來看看物理學(xué)和生理學(xué)上的“科學(xué)依據(jù)”。

最直接的原因是光線。白天的光比較強(qiáng)，很容易在眼袋、法令紋和皮膚不平整處留下清晰的陰影，這無形中放大了各種瑕疵。但到晚上，室內(nèi)的光線通常偏弱、偏暖，在墻壁和家具上彈來彈去，就變成了多方向的漫反射。這種柔和的光很難制造出深陰影，默默地就把我們面部的瑕疵給“抹平”了一截，效果就像拍照時在旁邊放了盞柔光燈。

其次，我們眼睛也在“打配合”。你想想，在暗光下，我們的瞳孔會自然放大。這一放大，一方面會讓眼睛在視覺上顯得更有神采，另一方面，它也會增加眼球的球面像差。此外，在光線暗的地方，人眼負(fù)責(zé)分辨精細(xì)色彩和細(xì)節(jié)的錐體細(xì)胞“退居二線”，視網(wǎng)膜的分辨率也跟著下降。這些變化就像人眼自動開啟了輕微的“柔焦”模式，那些細(xì)小的毛孔和皺紋，自然就看得沒那么清了。

當(dāng)然，最懂你的還是你自己的大腦。心理學(xué)上有一個很有趣的解釋，叫“單純曝光效應(yīng)”。簡單來說，人對自己熟悉的東西更容易產(chǎn)生好感。因?yàn)槟闾焯煸阽R子里看到自己，大腦早就對臉自帶“好感濾鏡”。再加上心態(tài)的變化——白天照鏡子往往是為了出門“檢查儀表”，注意力都在找缺點(diǎn)上；而晚上洗完澡，人徹底放松下來，表情自然了，對鏡子里自己的審視也就變得寬容、溫柔多了。

畢竟，白天的堅硬和棱角是展示給世界的，而夜晚的柔焦與帥氣才是留給自己的。

by 檸七

Q.E.D.

投票

本期答題團(tuán)隊

冰糕、檸七、Java、小被子

往期也精彩

編輯：4925