为什么暖气片总会熏黑我的墙？| No.236
屋外寒风凛冽
屋内温暖如春
在冬天
穿短袖吃雪糕是对暖气最基本的尊重
但暖气虽好
却总是熏黑墙面
这到底是为什么呢？
Q1
为什么草色遥看近却无？
by 匿名
答：因为人眼有一定的分辨极限，比如我们看的电视和一些图片，其实放大了都是像素格子，但人眼看不出它们与真实连续的物体的区别。并且我们的大脑总是自动突出与环境不一样的部分，春天草地上零零星星长出的绿苗，隔开一定距离（超出人眼分辨极限），大片褐色土地上的绿意格外突出，像绿雾一样连成一片，此所谓春色；走近了，看出来是一棵一棵的小苗，更多的是泥土，就不觉得有什么“草色”了。
by 衣谷
Q.E.R.
Q2
水的浮力对水本身有作用吗？
by 小马虎
答：有的，水对水的“浮力”和水的重力正好平衡。我们小学二年级学过的阿基米德原理说，浸在液体中的物体，所受浮力等于排开液体的重力。对于一杯水中的一滴水而言，它排开水的体积就是它自己的体积，所受浮力也就等于它自身的重力。本质上，浮力是物体上下表面所受液体压力之差，一滴水滴同样有上下表面，当然也受浮力了。
一种直观的理解方式可以考虑漂浮在水面的一滴油滴，它的密度小于水，排开水的体积小于自身的体积，浮力得以和重力平衡。如果换成同样大小的一滴水，它同样会受到浮力，而它静止在水中，浮力和重力平衡。
by Eosia Leaf
Q.E.R.
Q3
如果一个正方体掉到水里，下表面和容器壁接触，还受浮力吗？
by 匿名
答：浮力实际上是物体上下表面所受液体压力的压力差。如果正方体的下表面和容器壁严丝合缝地接触，正方体只有上表面受到液体向下的压力，此时正方体不仅不会受到向上的浮力，反而还会被水压牢牢地摁在容器壁上，这种现象和吸盘的原理是完全一致的。当然，实际上正方体的下表面和容器壁之间往往存在缝隙，水可以渗入其间，此时正方体就正常地受到一个向上的浮力。
by 乐在心中
Q.E.R.
Q4
地铁的门和屏蔽门是怎样对准的？
by 匿名
答：其实要想回答这个问题，首先就要回答地铁在进站的时候是怎么精准地停在站台旁的。在以前地铁系统信息化还未完整普及的时候，地铁的进站停车主要是依靠驾驶员一定的驾驶技术和地铁与“停车标”的对齐来实现的。如果细心的你现在去地铁站向车头位置看过去，当地铁没有进站的时候你是能够在很多地铁站车头方向的车头处看见地铁的停车标识，而驾驶员需要做的便是将地铁的车头尽量精准地停在停车标识旁。不过随着近年来随着科学技术的发展，地铁的运行逐渐被以自动列车运行装置（Automatic Train Operation, ATO）为主的半自动化驾驶所取代，而列车的进站对齐也逐渐实现了通过对列车位置和速度信号进行收集和处理，来完成半自动化停靠的过程。在自动化装置和技术熟练的驾驶员双重“加持”下，现在的地铁已经基本能够做到精准地进站停车，而只要能够精准地停在站台旁，那么按照基于列车长度和停车位置而设计的屏蔽门自然也能够和列车的车门对齐了。
by 巨大的眼睛
Q.E.R.
Q5
日晕和月晕的原理是什么？
by 匿名
答：日晕和月晕都与光的色散有关，以日晕为例来说明：日晕是一种常见大气光学现象，其形状一般像下面一样，太阳周围环绕了一个内红外紫的彩色环，原理上和彩虹一样是光的色散现象，但是彩虹环颜色是外红内紫。日晕通常存在于离地面5-10千米高的卷层云上，卷层云薄而均匀，由大量冰晶体构成，冰晶体一般形状为六棱柱状，当光线通过卷层云时，会通过冰晶体表面两次，从而发生偏折。如图所示，且类似于三棱柱对光的偏折有一定的色散，红在上，紫在下。
（图片来源网络） 受限于冰晶体的特定形状，观测日晕时的半视角一般只能是 22°，即最为常见的 22°晕。这是因为当光线通过六棱柱时引起折射，光线传播方向可以改变的最小角度是 22°。为了使折射的光类似会聚一样进入观测者的眼睛，偏折能力更强的紫光需要在外侧，这就形成了内红外紫的彩环，如下图所示。这就解释了 22°晕的角度形成和晕的颜色结构。
（图片来源网络） 参考资料：
by yrLewis
Q.E.R.
Q6
为什么暖气片会把墙壁熏黑？如何防止？
by Kevin
答：生活中被暖气片“熏黑”的墙壁往往是暖气片后面和上方的墙壁，如图所示：
熏黑的原因不是买到了山寨的暖气片，而是所谓的热泳现象，又叫索瑞特现象：在流体中有稳定温度梯度存在时，流体中的固体颗粒会朝着温度较低的方向运动。定性来看，高温区域流体分子运动更剧烈，对固体颗粒的撞击力更大，就把固体颗粒“推”到低温的地方去了。简单来说，因为暖气片和它背后/上方的冷墙面有温度梯度，空气在流过它们之间时，颗粒物会吸附到较冷的墙面上，导致墙壁被熏黑了。
所以要想防止墙面变黑，要么把家搬到无尘的实验室，要么就设法减少热气流与墙面的温度差。最常见的做法是在暖气片上盖一块毛巾或者布盖头，阻挡热空气的流动；或者在暖气片上方安装一块搁板，既阻挡了热空气向上流动又增加了储物空间。当然，经常打扫房间、减少暖气片附近沉积的灰尘也有助于保证“白茫茫一片墙壁真干净”。
有意思的是，从暖气片附近的墙面熏黑这点看，热泳似乎是个负面效应，但是根据热泳可以推动颗粒这点，人们也开发出了热泳现象的一些应用：它可以用来分离空气中的PM2.5，用来从混合颗粒物体系中取出所需要的微粒样品（热泳取样），还可以用来在微观层面上操控分子的运动……
就暖气片熏墙而言，其实还有一招，从根本上解决问题：改用地暖。
参考资料：Stefan Duhr and Dieter Braun,“Why molecules move along a temperature gradient”，Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America(PNAS), vol.103, no.52
by Eosia Leaf
Q.E.R.
Q7
人眼为什么会出现散光，是怎么形成的？
by 匿名
答：散光是指当眼睛将光线折射到眼睛内的不同焦点时，产生视觉上的模糊。
正常情况下，平行的光线由角膜射入，先后经过水状液、晶状体、玻璃液折射后会聚焦在一点并在视网膜上成像。但散光的人眼由于角膜或晶状体的曲面在径向上曲率不一致，对光的折射能力不同，从而无法将平行光聚焦至一点，最终导致物体在视网膜上成像不清晰。
散光的形成可以分为先天和后天的。对于高度散光，先天遗传是一个重要因素。它常在出生时出现。也有些后天引起的散光，例如有近视等屈光不正却未及时矫正导致长期眯眼看物体，上下眼睑的压力造成角膜垂直曲率大于水平方向形成散光，此外眼睛受伤或眼部手术后也可能引起散光。
参考资料：曾铁. 眼睛构造和若干眼疾及激光治疗知识[J]. 现代物理知识, 2009(03):39-42.
by 观山不易
Q.E.R.
Q8
为什么克莱因瓶在三维世界不存在？
by 匿名
答：克莱因瓶通常被称为没有内外的瓶子，如果百度“克莱因瓶”，看到的东西往往长成这样：
乍一看这个瓶子确实不分内外，但这并不是真正的克莱因瓶。克莱因瓶在数学被归类为“不可定向的二维紧流形”，三维空间中的“克莱因瓶”违背了这一定义，原因是三维空间中瓶口和瓶身发生了交叠，在交叠点附近，瓶的表面近似于两个相交的二维平面，而非一个二维平面，或者说，在交叠点处，瓶的表面并非一个二维流形。
事实上，三维空间中的简单闭曲面总有内外之分，要寻找反例，只能拓宽一个维度。如果把多出的那个维度看成时间，就可以这样表述，克莱因瓶的瓶身处在“今天”，而瓶颈处在“明天”，两个不同时间的点，哪怕位于同一空间位置，也不会重合，这就解决了上面所说的困难。
by 乐在心中
Q.E.R.
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编辑：他和猫
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