为什么人哭的时候会流鼻涕？| No.203
“你哭归哭，别把鼻涕往我身上擦啊”
——来自某位不愿透露姓名的路人
那么耿直的路人为什么会说出这番话
是眼泪流进了鼻子
还是鼻涕走错了地方
接下来我们带你走近问答
看看一把鼻涕一把泪背后的真相
Q1
请问为什么通电线圈里加铁芯能增强磁性？
by 匿名
答：我们初中都学过安培分子电流假说。安培观察到通电螺旋管的磁场和条形磁铁的磁场很相似，便认为分子内部存在着一种环形电流——分子电流，使每个微粒成为微小的磁体。这种环流来自电子绕原子核的运动，也来自于电子的魔力转圈圈自旋。
我们初中还学过分子的热运动。表面看似文静的铁，却有一颗狂野的芯。铁芯内部的微粒时刻进行无规则运动，这些分子电流、微小磁体的排布也是杂乱无章的，所以生活中常见的铁并没有磁性。
但是外加磁场后，事情就变得有意思起来了。磁体会在外界磁场中向磁场方向偏转，而偏转后的各个小磁体，便有了有序的方向，而小磁体由于方向整齐，自身的磁场没有因为杂乱的排序相抵消，而是在外加磁场方向上叠加，于是整体的磁场比原先的外加磁场更强。
事实上铁芯增强磁性的奥秘还不止于此，铁芯一类铁磁体的磁性主要来源于电子自旋，铁芯内部由于电子自旋之间的量子“交换作用”，存在一种结构——"磁畴"。（遇事不决，量子力学）在这种量子效应下铁芯内部的小磁体自发排布在一定方向上，不过一般情况下铁芯内有多块方向随机的“磁畴”，宏观不显磁性。但在外场作用下，与外场方向相近的“磁畴”会吞并与外场方向相远的“磁畴”，最终将形成完全排列好的一整块“磁畴”，方向比一般物质加上磁场后还要整齐，所以产生的磁场更强，磁性更强。
果然一家人就是要整整齐齐团结一致啊！：）
by Desperado
Q.E.R.
Q2
为什么人在哭泣的时候会流鼻涕？
by 匿名
答：因为眼睛和鼻孔是穿一条裤子长大的。这里的“裤子”指的就是人的眼睛和鼻腔之间的通道——“鼻泪管”。正常时眼泪由泪腺分泌出来,由眼角的静脉回流。人哭时眼泪就通过鼻泪管流到鼻腔里去了。
眼泪是泪腺分泌出来的一种液体，泪腺位于眼球的外上方。一般人平均每分钟眨眼13次左右，每眨一次眼，眼睑便从泪腺带出一些泪水来。当人们眨眼时，泪水对眼睛有清洁作用，如可以冲掉异物、刺激物等。因此，并非只有伤心痛哭时才产生泪水，平常生活中我们一直都有，只不过此时产生的眼泪很少，正好用以湿润眼球，与蒸发相平衡。
当一个人非常伤心痛苦的时候，会一边流眼泪，一边流鼻涕。这是因为过多的泪水经过泪小管、泪囊和鼻泪管与鼻腔相通，通过它们经鼻腔排出体外的缘故。此时，产生的泪水大于蒸发的，眼泪不得不另辟蹊径找到出路（鼻腔）。眼泪经过鼻腔时，鼻腔受到刺激，鼻腔的分泌物也会增加，开始流出的是眼泪和鼻涕的混合物，当停止哭泣后，鼻腔流出的才是真正的鼻涕。一般哭泣过后，鼻涕就自然停止或明显减少；但当人伤心过度，哭泣时间较久时，停止哭泣后，鼻涕不会马上停止，要等心情渐渐平静后，鼻涕就自然而然没有啦~
写到这里，不禁觉得也许我们的眼睛和嘴之间也有一个神秘通道，要不然为什么每次我看到美食的时候总会从嘴角流下不争气的眼泪呢[捂脸]
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.
Q3
为什么秋千能越荡越高呢？
by 女侠爱物理
答：荡秋千真的是一项浪漫又有趣的活动。秋千越荡越高可以分为以下两种情况：
1.浪漫地荡秋千。这种时候就需要有一个人在旁边推，通过施加外力来使秋千越荡越高，这里用到的就是共振的原理。也就是外力的频率和秋千本身摆动的频率相同时，达到共振条件，秋千就可以越荡越高了。这一点其实可以很直观地来理解，当秋千荡到最高点时顺着秋千继续摆动的方向施加一个外力，就能将秋千推得更高，但是如果在秋千正朝着你运动的时候你给秋千施加了一个反向的力，自然会对秋千的运动产生一个阻碍作用而使秋千的高度减小。秋千本身的频率是一定的，所以只要外力作用的频率和秋千的频率相同时，所有的能量就会集中到秋千上，使秋千越荡越高。
2.有趣地荡秋千。这种时候没有人在旁边推秋千，就只能自力更生丰衣足食。如果我们只是站在或坐在秋千上保持不动，那么人和秋千构成的系统就类似一个单摆，会在各种阻力的情况下慢慢停下来。但其实一个人想要荡得很高也很简单，首先给秋千一个初始高度，然后在秋千下降时蹲下，秋千上升时站起来，通过重心的改变来使秋千荡得更高。如下图所示，这里将人简化为一个质点，过程简化为在最低点站起来，在最高点蹲下。
当人蹲着从A运动到B时，重心下降，在B点站起来后重心抬升到C，抬升高度为，然后继续运动到D点，根据能量守恒，AB间的高度差应该和CD间的高度差相同，那么在重心抬升的情况下保持同样的高度差，对应的角度就要变大，使得D点高于A点。从角动量的角度来看，由于在最低点重心抬升，离转动中心点的距离缩小，重力产生的力矩减小，根据角动量守恒，会大于，也能得到D点高于A点的结论。
但这只是一个回合中的高度变化，要使得在整个过程中越荡越高，没有第二个人来推，就需要我们自己提供能量了。在荡秋千的过程中我们站起来，来抬升身体重心，体内化学能消耗做功，不断转化为系统的机械能，一部分用于补充由于摩擦等其他因素造成的能量损耗，另一部分就是让你越荡越高了。
所以只要掌握好重心改变的周期就能让秋千越荡越高了（当然如果你是坐着的话就要通过蹬腿收腿来荡秋千了）。
你看它一只狗荡得多开心啊 by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.
Q4
请问，市面上的吸湿袋的原理是什么？我无法理解没有外加功的作用下是怎么实现水分转移的……by 匿名
答：用过吸湿袋的小可爱就会知道，吸湿袋里面装着的是一颗一颗的白色小珠子，它们其实是无水氯化钙。无水氯化钙容易吸水潮解，所以它可以用来做干燥剂。回想一下，无水氯化钙可是老熟人了，经常能在中学化学作业中遇到它：颗粒状的无水氯化钙填充在干燥管作为干燥剂来使用。吸湿袋中的无水氯化钙吸水后就溶解在水中，形成了氯化钙的水溶液，流到下方的集水袋中，有时候运气好可以在集水袋中发现透明的固体，那其实是氯化钙的水溶液过饱和，然后析出了氯化钙晶体。
至于水分为什么会从空气中转移到氯化钙上，这其实与化学势有关。化学势决定物质流动的方向，物质由化学势高的地方流向化学势低的地方。氯化钙表面的水的化学势比空气中的水的化学势低，所以水分就会从空气中转移到氯化钙上，这一过程是自发的，不需要人为地对其做功。
by 重光
Q.E.R.
Q5
为什么白糖在锅里用油翻炒后会变色？
by 尘埃落定
答：些许白糖在热油中随高温融化，颜色也随时间的推移而逐渐变深褐色，这其中主要是焦糖化反应在发生作用。虽然在我们的眼中，白糖在高温下逐渐融化，但事实上在这里热量的传导并没有导致糖的相变，而是把它分解成新的东西——焦糖。白糖在高温下（难以确定，有的仅仅在165℃，有的则需180℃）逐步脱水，从固态转化为液态，但是它不会像水那样蒸发成气态，而是产生脱水聚合产物——焦糖，以及部分分解产物（主要是醛酮类化合物），一些分解产物进一步缩合聚合也会形成一些深色物质。最后这两类产物的混合物共同贡献了最终糖色的形成。典型的焦糖化反应，通常一开始会形成浓稠的糖浆，然后慢慢变成浅黄色，再逐步变成黑褐色。一开始尝起来是甜的，然后慢慢出现酸味和一些苦味，并散发出丰富的香气。糖烧煮的时间越久，残留的甜味越少，颜色越深，味道也越苦。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.
Q6
核反应损失的质量去哪里了？
by bcj
答：都0202年了，相信大家一定多少听说过一点点有关核反应的说法，其中最常见的便是“质量亏损”一说。不过这样的说法虽然简单明了易于理解，却实在容易引起误解。其实，质量并没有亏损，能量也没有增多。
啊，说到这里，肯定就有好奇的同学要问了，那既然能量没有增多，核反应的能量是哪里来的呢？这还要从对于爱因斯坦的质能方程的理解说起。在“质量亏损”说法的“熏陶”之下，人们对于的理解往往是能量与质量的“转换”，然而这种理解是有问题的。其实，正确的理解是，质量和能量是完全等价的——有质量就有能量，有能量就有质量。一个具体且简单的例子就是一个物体随着速度增加而质量也会随之增加，这是狭义相对论给出的结论。另一种理解，就是物体由于具有动能，导致了质量增加，这也就是质量与能量等价的一个具体体现。（这里顺便提一点，物体静止时的质量被称为静质量）另一个例子，就是光子。众所周知，光的本质是电磁波，经典的观念会认为，电磁波具有能量，但没有质量。但其实光子作为电磁波的能量子，却是有质量的，且其质量是，与质能关系相符，更加说明了质量与能量的等价。
回到题主的问题，那么答案就是——并没有真正损失质量。不过能量（质量）的形式确实发生了转变。由粒子的静质量（静能量）转化为了粒子的动能，同时核反应会生成光子这样的粒子（其实就是所谓伽马射线hhh），所以粒子的部分静质量（静能量）也转化为了光子等新生成粒子的质量（能量）。所以，所谓“质量亏损”其实是“静质量亏损”！而正因为动能增加，粒子变“热”，所以核反应才会放热并被人们利用。是不是又学到新知识了呢?
在这里补充一小点，可以发现，重新理解能量与质量之后，其实对于核反应，能量（也就是质量）仍然是守恒的（虽然似乎高中并不是这样讲的本人也很无奈呜呜呜）。其实，守恒量是物理学家特别喜欢的东西，像能量这样的守恒量，就算是需要颠覆之前的整个体系，物理学家们也要留住她！（想想竟然有点小浪漫……）
by Colliding Paul
Q.E.R.
Q7
请问一下冷冻电镜使用时是否有运用到多普勒效应？
by Kristoff
答：因为根据《云里·悟理》系列课程对波的介绍，利用波只容易看到长度比波长更大的物体，如果利用多普勒效应，在进行观察的同时快速向下移动镜头，从理论上说可以减小电子波长，那么在进行冷冻电镜观察时有没有运用到多普勒效应呢？——来自初三的学生的诚挚的发问
好想法！而且我们只需两个数据就能判断这个想法是否靠谱。第一个是冷冻电镜的分辨率，问过度娘后我们发现一般可以达到埃的量级，即0.1纳米的数量级。第二个是用来观察物体的电子的动能，度娘给出的是200keV。拿到了这两个数据就可以开始计算了！（激动地搓手手）
不考虑多普勒效应，我们来计算电子的波长。德布罗意告诉我们：（其中是普朗克常数），我们先要计算电子的动量。电子的质量约为0.5MeV。动能200keV也就是0.2MeV，和质量在同一数量级，所以我们要用相对论来计算电子的动量：
相对论动能：
求出
速度
动量
波长
即电子的波长在0.0001纳米量级，是小于冷冻电镜的分辨率0.1纳米的！看来冷却电镜并用不到多普勒效应QAQ
那么我们能不能利用多普勒效应将电子波长再降一个数量级（来造出更好的显微镜）呢？——终于可以请出多普勒公式了！此例中源靠近，观察者不动
其中是波速，即我们前面算出的0.7c，我们要将降低一个数量级，即这个分式取值0.1，容易算出=0.63c，即0.63倍的光速！要镜头移动这么快有点“强镜所难”了，如果把镜头换成微观粒子倒是可以做到。其实通过前面的计算我们可以发现，冷冻电镜正是把电子这个微观粒子加速到相对论速度（0.7c）来达到提高分辨率的目的，并不需要也没办法利用镜头快速运动产生的多普勒效应。（多普勒还是太弱了啊（雾
by 亓古
Q.E.R.
Q8
《一分钟物理》（第2辑）开售了吗？
by 可爱的读者们
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by 认真安利的小编
Q.E.R.
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物理所：懒懒的下午三点半、重光清华大学：Desperado、Colliding Paul、亓古
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编辑：他和猫
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