你能水上漂吗？「有人」可以 | No.210

Original Frions 中科院物理所 2020-09-10

看着各种武侠作品长大
谁心里还没个武侠梦呢
像水上漂这种功夫
谁又不想学会呢
只是体重限制了我们的发挥（不是）
但是有人真的做到了“水上漂”
难道这就是当代轻功吗

Q1

为什么用马克笔在金属勺子顶部写字，再用水装满碟子，让写了字的勺子那部分在水中摇晃，字会浮在水面上？by 小紫

答：
并不是所有马克笔在金属勺子顶部写字都可以让字浮在水面上的，要白板笔才能有这种效果。比如耐久性马克笔写出来的字迹就特别持久，不容易擦掉。但是白板笔却不一样，因为白板上的字经常是写了就擦，这就要求白板笔写出的字要很容易擦除，也就是要降低白板笔的字迹与白板之间的附着性。白板笔的主要成分有：不溶于水的树脂、色素、易挥发溶剂（酒精、异丙醇）以及脱离剂（release agent）等。而脱离剂则一般是液体石蜡等比较“油”的东西，它们和油墨一起溶解在易挥发的溶剂中。当用白板笔在白板上书写的时候，墨水中的溶剂会挥发，然后白板表面会残留薄薄一层的树脂。而其中脱离剂类似保护膜，可以起到隔离树脂和白板的作用，避免树脂与白板之间的结合过于紧密，以便白板笔的笔迹容易被擦掉。金属勺子中的字能转移到水中，就是因为有脱离剂的存在，使得水很容易就将树脂形成的膜（字迹）和金属勺子分离，让字迹浮在水面上。
图源网络
相关实验请戳→小师妹：三生三世他们会在一起；小编：我觉得不能 | 正经玩
by 重光
Q.E.R.

Q2

泡泡糖为什么比口香糖吹的泡大？

by 是我！

答：
提起泡泡糖和口香糖，脑海中想起的都是小时候吃过的大大、比巴卜、绿箭等等，不仅口味种类繁多，而且相当便宜，一粒就可以带来满满的快乐。其中最大的快乐想必就是吹泡泡了，但是我们会发现用泡泡糖来吹泡泡要比口香糖吹泡泡更容易，也更大。泡泡糖与口香糖统称为胶基糖，基本组成都为甜味剂、香味剂、软化剂以及胶基。胶基，就是以食用级橡胶或者塑料等高分子材料为主要成分的混合物。当你把糖等溶于水的小分子都吃掉以后，剩在嘴里的那些寡淡无味的基本就是胶基。早期，里面的高分子一般采用天然树胶等高分子，但是由于产量太低。无法满足生产，就几乎全部采用合成高分子。而口香糖胶基和泡泡糖胶基的最主要区别，就在于天然树胶的使用量。使用的胶基不同，比例也不同，就会导致口香糖和泡泡糖吹不吹的出泡泡的差别。口香糖因为含树胶量少的原因，其胶基的粘连性很差，所以一般吹不出大的泡泡来，但是小编也试过吃很多很多很多口香糖也能吹出泡泡来。另一方面从他们的命名来看，吃泡泡糖就是为了吹泡泡，吃口香糖就是为了……嗯，清新口气叭~
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q3

我向空气打一拳，根据相互作用力，空气也会给我一个相同的力，那为什么我没有感觉到呢？by 匿名

答：
因为拳头太重，打的空气太少太轻，发生的动量交换太少。但是我们不妨再启发性地提问：可如果是这里不是拳头而是火箭呢？？以超高速度直入云霄的火箭会感受到被空气打嘛～
敏锐的同学们肯定感觉到了，我们之所以打空气完全没感觉，绝对不是因为空气是流体，因为人在打水的时候(从高处跳水的时候更明显)能明显的感觉到水对人的反作用力。
我们要注意到，人的皮肤所感受到的力，实际上是某一段时间内受到的力的平均。人在打空气的时候，通过打空气让空气整体上获得了与手的速度相同的速度(因为手太重了，空气分子打上去会弹性地弹回)。
(数学论证：我们假设拳头向前运动的速度是，在的时间段里，拳头面积是，他打了那么多空气，这些空气的总质量是,获得的动量是.手感受到的压强是.)
可以看到手感受到的压强正比于密度，正比于速度的平方。
所以只要出拳的速度足够快，就会感觉在被空气打。而被打的空气也会因为获得了更高的速度而更具威力，这似乎就是传说中的天马流星拳的原理……
by Luna
Q.E.R.

Q4

飞机是怎么实现转弯的？

by 匿名

答：
我们都知道汽车等陆上交通工具的操纵比较容易，利用方向盘控制前轮偏转即可实现方向的操控。而飞机因为在空中无依无靠，所以操纵的复杂性和难度就会大得多。一架飞机的操纵，必须通过操纵机构控制三个气动操纵面（升降舵、方向舵和副翼）的偏转来实现。依据空气动力作用原理，三个气动操纵面基本一样，都是改变舵面上的空气动力，产生附加力和相对于飞机重心的操纵力矩，达到改变飞机飞行状态的目的。飞机转弯主要是通过方向舵和副翼来实现。方向舵位是位于垂直尾翼后缘的可动翼面，一般可左右偏转30°。飞行员踩左脚蹬时，传动机构可使方向舵向左偏转。这时正面吹来的气流使方向舵产生一个附加力，方向向右，这个力与重心共同作用产生使飞机向左偏航的力矩，飞机飞行方向向左偏转。操纵飞机向右偏航则相反，但原理一样。不过仅操纵方向舵会引起侧向滑行，不能使飞机转弯，还必须同时操纵副翼。转弯时，飞机必须倾斜，也就是左右主翼一高一低。如果飞行员向左压驾驶杆，左边副翼向上偏，右边副翼向下偏。左副翼上偏使迎角减小，左翼升力降低；右副翼下偏使迎角增大，右翼升力增大。左右机翼产生的升力差相对于飞机纵轴产生一个横滚力矩，进而使飞机向左方倾斜，飞机实现左转弯。反之亦然。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q5

怎样的房屋结构可以实现『绕梁三日』？或者说『回音』可以维持多久？能否利用回音来长时间存储声音？by 陋之

答：
“绕梁三日”本意是用来形容形容音乐高昂激荡，虽过了很长时间，好像仍在回响。从物理上来看，这其实就是产生了回音和混响，其本质都是声音的反射，当然，“三日”在这里有文学夸张的成分。
回音主要是由于发出的声音在遇到障碍物后被反射，且与原声的时间差大于人耳的分辨率200ms，按声速为340m/s计算，我们与障碍物的距离至少是34m。除了距离的要求外，对于障碍物的材质和安装方式也有要求，毕竟声音要能反射回来我们才能听到，所以在建筑中如果想要听到回音的话，建筑物的材质就不能采用吸声系数太高的材料，一般来说，这类材料有几个特点：多孔、表面粗糙、厚度较大、空腔安装等，剧院和大礼堂的墙做成凹凸不平的就是为了减少回音的产生，如果需要吸声系数较低的材料就要求表面光滑、密度高、平齐安装等。另外，要有足够的声压级差，即某个反射声的声压级必须要比其他反射声的声压级大，否则这个反射声将被其他反射声所湮灭，从而分辨不出来。除了回音，还有混响也在“余音绕梁”里起到一定的作用。混响是在声源停止发声之后, 声音在空间内多次反射而形成。不过这里反射声与原声的时间差比回音要短，所以给我们的感觉不是听到两个声音而是听到尾音拖长的声音，然后再减弱直至消失。在不同的建筑中我们会根据实际需要的不同来选择不同的混响时间。所以用吸声系数低的材料，保证表面光滑，安装整齐且房屋面积足够大就能听到回音了。
而声音在不断的反射和传播过程中，声波能量向四周逐渐扩散开来，能量的扩散使得单位面积上所存在的能量减小，导致声音变得微弱，还有反射时反射介质的吸收，传播过程中由于介质中存在颗粒状结构(如液体中的悬浮粒子、气泡，固体中的颗粒状结构、缺陷、掺杂物等)而导致的声波的散射都会使声波衰减甚至消失，所以上述这些因素的综合作用决定了回音维持的时间。根据前面的描述我们也可以知道，利用回音来储存声音其实并不容易，扩散衰减、吸收衰减和散射衰减都对储存声音非常不利，所以这种想法很好，但是操作起来难度较高。
参考资料：《要靓声,首先要建声建筑声学基础介绍》
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q6

请问具体怎么测量珠峰？

by 咔咔

答：
众所周知，4月30日下午，2020珠峰高程测量正式启动，并于5月27日11时，2020珠峰高程测量登山队8名攻顶队员成功登顶珠穆朗玛峰。此次珠峰高程测量采用“综合运用GNSS卫星测量、精密水准测量、光电测距、雪深雷达测量、重力测量、天文测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统和现代测绘技术，精确测定珠峰高程”的技术路线，这其中涉及到很多测绘相关的专业名词，在这里我们只能对一部分原理进行简单的解释。
首先对于高度测量，大家可能会想到测量金字塔时所用的“日影法”，但这种方法在测量珠峰的高度时并没有那么容易，即使不考虑对珠峰这么个庞然大物采用日影法导致的测量误差的问题，单看珠峰的影子落在大范围的冰川上就可以想象测量起来有多困难。另外，对于山峰的高程测量和金字塔的高度测量不同，珠峰的高程是海拔高，即从海平面起算到山顶的高度差，但由于地球是球状，且实际海平面也是时刻变化的，我们无法直接测量海平面到珠峰的高度差，因此珠峰的高度是从一个叫做似大地水准面开始算的。这个似大地水准面是通过建立数学模型，计算出一个可以通过经纬度坐标算出表面位置的球面，只要模型建立得够好，这个“水平面”高度就可以做到基本与海平面一致。
定下了起始高度，那么峰顶的高度又该如何确定呢？首先我们还是得确定峰顶的位置才能进行高度的测量，峰顶……攻顶队员站的地方不就是峰顶吗？其实不然，我们要测的珠峰高度可不包括厚厚的雪层，所以要排除雪层的厚度，按山顶岩石的高度来计算。现在，测量人员可以利用探地雷达来确定山顶岩石的位置及其上方的雪层厚度，另外采用卫星测量的方式测量珠峰高度——队员们在觇标顶部安装GNSS（全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite Systems）天线，放在测定好的位置上进行静态观测，测量珠峰的真实高度，而提供这次定位与高程解算的GNSS是以我国的北斗系统为主，不再是依赖以前的GPS信号了，这也是值得我们自豪的一件事。
参考资料：2020珠峰高程测量正式启动、三测珠峰，顺利登顶！我们是怎样测量世界之巅的？
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q7

为什么下午的三点半会感觉懒懒的？

by 鱼儿

答：
针对这道题，我作为“懒懒的下午三点半”自然要来现身说法，作为一个总是觉得自己睡不醒的“特困生”，春困、夏乏、秋盹、冬眠是我每一年的常态[哈欠]，尤其是吃过午饭的下午时光总是感觉整个人都懒懒的没什么干劲，觉得如果能在床上舒舒服服地睡一觉就好了。如果中午没有睡午觉，工作了一上午，到了下午三点，我们的身体感到疲倦想要休息自然就显得懒懒的（当然中午才起床的同学除外）。
当然还有一种广泛流传的说法是：我们的胃在饭后要帮助消化食物，更多的血液流向胃和小肠附近，使得大脑供血不足导致我们感觉困倦。但是其实这种饭后大脑供血不足的说法是不靠谱的，饭后即使身体各处的血流量有变化也很微小，不足以引起身体如此大的反应。饭后困倦实际上是一种正常现象，这一现象的学名叫做“餐后困倦”（postprandial somnolence）。根据一篇发表在《医学假说》上的一篇文献指出，这一说法违背了一条众所周知的神经生理学的基本原则：在绝大部分情况下脑部供血是处于优先地位的，而且饭后脑供血量减少并不明显。对于可能导致饭后困倦的原因，科学家们也提出了各种可能。比如饭后我们的消化系统在进行消化的过程中可能会刺激身体中一些激素的分泌，导致我们感觉到懒懒的，产生困意。比如脑部会产生导致困倦感的血清素，或者其他有利于睡眠的褪黑素等激素；小肠还会分泌一种叫做胆囊收缩素（CCK）的激素，这种激素可能会作用于迷走神经导致我们产生困意。
除了激素和神经的共同作用之外，如果这时候你恰好正坐在窗边，外面温暖的阳光恰好正照在你身上，讲台上的老师恰好正在讲着你听不懂的知识，你听不懂，注意力不集中，大脑停止思考再加上激素的“撺掇”，人可不就懒了。
这是你以为的懒懒的下午三点半吗
参考文献：Debunking a myth: Neurohormonal and vagal modulation of sleep centers, not redistribution of blood flow, may account for postprandial somnolence
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.