为什么倒水时水会沿着杯壁下流？| No.213

妈妈：“帮我倒杯茶吧？”
我：“好嘞！”
滴答滴答……
“为什么这水会沿着杯壁下流？”
茶壶OS：有人说我卑鄙下流？？？

Q1

光和颜色的本质是什么？

by 匿名

答：

光的本质是电磁波。而光的颜色实际上就是不同频率，也就是不同能量的电磁波。

人眼能感受到具有不同能量的电磁波，是因为不同频率的电磁波会不同程度地刺激人眼中的视锥细胞，给大脑不同的感受。而给这些“感受”进行命名分类，就称作为“颜色”。同一个人，左右眼看相同物体，也可能是有色差的，这是正常的。所以说颜色的本质不是看到的物质或是光本身的属性，而是人的感受，只不过说这种感受主要是由进入眼睛的光的属性影响的；而正常人的真实感受都在这个“主要感受”上下小范围波动。

by 木公可可

Q.E.R.

Q2

为什么微波炉不能做蛋挞？

by 匿名

答：

蛋挞说白了就是一种以蛋浆做成馅料的西式馅饼，只是其馅料外露而已，单纯只是以制作蛋挞的原材料来说是完全可以放到微波炉中加热的。而与微波炉不兼容的其实是蛋挞最外面的那层用锡纸做的托。像锡纸这类金属材料是不可以放到微波炉中加热的，在微波加热的过程中，由于金属电磁屏蔽导致的电荷重新分布可能会导致放电产生电火花，导致在使用过程中产生危险（具体解释见No.207 Q7）。所以如果将最外面的锡纸托换成其他材质的托就可以避免没有烤箱但又想自己做蛋挞的尴尬了。另外，在制作蛋挞液的时候还是按照各种食谱给的成分和比例来放，不要自己加一些奇奇怪怪的东西，而且最后倒进蛋挞皮里的时候不要倒得太满，否则你的蛋挞液可能会被炸飞……

by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.

Q3

实像是实际光线会聚成的像，为什么物理课本上小孔成像是实像？不应该是形状接近物体的亮斑吗？by 火恒

答：

你说的都对，这些概念是不冲突的，只需要理清“像”的这个概念，就可以理解小孔成的“像”和亮斑的说法。

“像”英文表示为 image，代表图像，映像。我们日常所说的实像、虚像、镜像无论其形成的原因是什么，用 XX 像表示代表其是真实物体的一个映射，不同的像代表真实物体不同的映射方式。小孔成像中，由于光沿直线传播，真实的光线通过小孔会在成像面上形成倒立的实像，这个实像是形状接近真实物体的亮色映像。而亮斑，顾名思义，就是明亮的斑点，这里是指经由小孔成像形成的真实物体明亮的像，由于这些像是真实的光线形成的，所以是实像。值得一提的是，前几天刚发生的日环食，就可以利用小孔成像原理进行观察，此时，小孔成的像是实像，也是具有”太阳“形状的亮斑（请戳今天出门别忘了带个漏勺，因为十年一遇的金边日环食它来了）。

也可以根据早期针孔相机（现代照相机的原型）的原理来理解小孔成像。针孔相机由不透光的容器、感光材料和针孔片组成，其利用针孔片来替代镜头。真实物体的光线通过针孔片到达容器后的感光材料上，有光的地方感光材料发生变化，没光的地方材料不变，从而形成真实物体的倒立的图像。

来源：Wikipedia

by Nuor

Q.E.R.

Q4

为什么彩虹外面会有另一个颜色排列顺序相反的浅色彩虹？

by 来自川陀

答：

彩虹外面那个颜色排列顺序相反的浅色彩虹叫做霓，也叫副虹。

雨后的天空有很多小水滴，它们起到类似三棱镜分光的效果。具体的原理如下图，左边是霓的形成原因，右边是虹的形成原因。霓和虹都是阳光在水滴内经过多次折射和反射后形成的。不同的是，彩虹是阳光发生一次反射和两次折射，霓是阳光发生两次反射和两次折射。因为霓的产生多了一次反射，所以它的颜色排列和彩虹刚好相反，并且出现在彩虹的外围。也正因为多了一次反射，它相比于彩虹显得更黯淡一些。

霓、虹的形成原因 | 来源：Wikipedia

那么彩虹看起来为什么内圈是紫色的，外圈是红色的？下面这张图可以解答这个问题~

来源：Quora

by 重光

Q.E.R.

Q5

为什么蓝墨水在阳光下晒时间长了会变成暗红色？

by 夏莱

答：

国产纯蓝墨水一般用酸性墨水蓝、直接湖蓝5B两种工业染料和防腐剂苯酚配制，蓝黑墨水中的主要成分是鞣酸亚铁、没食子酸亚铁、硫酸亚铁。对于绝大部分作为墨水使用的染料来说，由于分子中存在各种特殊的结构，比如苯环系统或某些特殊基团等，使得染料吸收部分可见光波段的光，并呈现出未吸收的可见光的颜色。而不同的染料分子具有不同数量和类型的双键结构、助色团和发色团，使之呈现出不同的颜色。

虽然字迹在光照下发生退色、变色和失色现象的具体机理较为复杂，但是通过呈色原理我们可以将这些现象主要分为以下两个原因：一是字迹的色素成分在光照下与周围其他物质发生了化学反应，二是染料分子中的某些基团的结构发生了变化。染料是由C、H、O、N等元素组成的有机化合物，其键能大小接近于可见光光子能量大小，因此光照可能会使电子发生跃迁，若分子处于激发态且回复到基态的寿命相对较长，就有可能会与其他物质发生反应或自身基团结构发生变化，此外太阳光中的紫外线能量比较高, 容易诱发各种氧化还原反应, 使字迹中的染料被氧化、分解反应加速，导致该分子吸收谱向短波长的光区移动从而引起染料颜色发生变化。例如墨水中酚羟基被不断氧化会导致分子结构被破坏，长时间还会生成各种酸性物质，直至剩下氧化铁等成分，字迹变为暗褐色乃至渐渐变黄变浅。

当然除了光之外，将墨水暴露在空气中也会由于其成分与空气中的物质发生反应而导致颜色发生变化（具体内容参考No.188 Q1）。

参考内容：浅析光对档案字迹材料耐久性的影响、蓝黑墨水字迹褪色与显现研究

by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.

Q6

为什么液体表面气压越大，沸点就越高；而气压低沸点就低啊？

by 匿名

答：

要理解这个问题需要知道了解两个概念——饱和蒸汽压和沸腾。当液体汽化的速率与其产生的气体液化的液体速率相同时，其汽化气体的压强即为饱和蒸气压。沸腾是剧烈的汽化。拿生活中最常见的烧水来说吧，判断水是否沸腾的现象就是是否有大量翻滚的气泡。气泡内部是水汽化形成的气体，气泡内部的气压等于饱和蒸汽压。要想形成大量的气泡，气泡内部的气压得要和外界的气压相当。倘若气泡内的气压低于外界的气压，则会被外界的气压压破而无法维持。前面已经知道，气泡内部的气压等于饱和蒸汽压，而温度越高，饱和蒸汽压也越高，所以要想让饱和蒸汽压和外界气压一样大，则需要提高液体温度到某一个值，而这个值就是沸点。所以当外界环境的气压越高时，沸点也就越高。

上面是定性的分析。关于这个问题，物理化学中的热力学知识可以更好地解答，感兴趣的可以找任意一本《物理化学》的本科教材阅读，看一下克劳修斯-克拉佩龙方程的推导就明白了。如果想知道外界压强改变后对沸点的影响究竟有几何，可以直接查阅相图，下面这个就是水的相图。

水的相图 | 来源：维基百科

by 重光

Q.E.R.

Q7

黑体辐射与电子跃迁的本质分别是什么？

by 匿名

答：

原子内部电子从高能级向低能级跃迁会产生光子，反映在光谱中是分离的谱线；然而热力学中黑体辐射又表现为连续的谱线，难道黑体辐射的产生机制与光子产生机制完全不同？黑体辐射中不存在跃迁吗？那黑体辐射本质又是什么？

首先要纠正题目中概念的错误，黑体辐射出来的是电磁波，也就是光子，不存在与光子产生机制不同的问题。你问的应该是指能带中的电子跃迁产生的光子。然后，需要理解黑体辐射是什么。其实并不是说黑体产生的辐射才是特别的；本质上黑体就是为了研究热辐射的规律而理想出的物质。由于反射和透射等出来的电磁波与具体物质相关，很难提取真正的热辐射信息，因此设想有种黑体可以百分之百吸收掉电磁波而不反射或者透射，这样就导致在热平衡状态的辐射只剩下与物质本身性质无关的，而只与温度有关的热辐射，从而方便研究。所以研究黑体辐射实际就在研究热辐射，而这是所有物质都在干的事情。

因此，黑体辐射本质上是物质内部的原子/分子等的振动或是转动等复杂的热运动产生的。温度越高，辐射的频谱越往高频移动。这与零温就固有的能带中电子的跃迁有着本质的不同。电子跃迁涉及到带间的间隔和选择定则，因而会有一些显著分立的特征谱线；而黑体辐射来源于这种复杂的热运动，能量覆盖着整个频谱，因而辐射看起来是连续的。当然，就本质而言，热辐射也是热运动的能级跃迁，它的频谱也不会是绝对连续的。

by 木公可可

Q.E.R.

Q8

为什么倒水的时候有时水会沿着杯壁下流？

by 贝壳

答：

这个问题叫做茶壶效应。每当我们非常缓慢地将茶从茶壶里倒出来时，茶水总是容易顺着壶嘴，贴着壶壁，向下流到桌子上。是一个很有趣的现象，有不少物理学家都研究过它，2010年的一篇PRL（物理评论快报）就对材料的润湿性与茶壶效应的关系进行了深入的研究，这个回答也主要是参考了这篇文章（参考文献[1]）。这篇文章指出了茶壶效应的3个影响因素，分别是流速、材料的润湿性和边缘的曲率。

生活中的经验告诉我们，流速对茶壶效应有比较大的影响，如下图所示，当水流速度逐渐减小的时候，水就会贴着壶壁流下。

来源：参考文献[2]

而材料的润湿性（也就是亲水性和疏水性）则是这篇PRL的关键点，如下图所示，如果壶嘴是亲水材料（(a)和(a')），那么流速降低的时候，水就会顺着壶嘴，贴着壶壁下流。如果壶嘴是疏水材料（(b)和(b')，这里在壶嘴上熏了一层炭黑用于疏水），就可以发现，就算流速很低的时候，水也不会贴着壶壁下流，而是像断了线的珠子一样。

来源：参考文献[3]

最后一个影响因素是壶嘴的曲率。结合生活经验就很好理解，如果壶嘴边缘越是圆润，就越容易出现贴着壶壁下流的现象；而茶壶边缘越是尖锐就越不容易出现茶壶效应。

这三个因素共同作用导致了茶壶效应，作者也对此建了个物理模型，感兴趣的读者可以将论文下载下来阅读，公式太多这里就不展开来说了。

参考文献:

[1] Duez C, Ybert C, Clanet C, et al. Wetting controls separation of inertial flows from solid surfaces[J]. Physical review letters, 2010, 104(8): 084503.

[2] Reiner M. The teapot effect[J]. Phys. Today, 1956, 9(9): 16.

[3] Duez C, Ybert C, Clanet C, et al. Beating the teapot effect[J]. arXiv preprint arXiv:0910.3306, 2009.

by 重光

Q.E.R.

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