酸奶为什么会沾在盖上？| No.245

Original Frions 中科院物理所 2021-03-24

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223个

请问，喝酸奶一共分几步？
答：三步
第一步：撕酸奶盖
第二步：舔酸奶盖
第三步：喝酸奶
舔酸奶盖才是喝酸奶的灵魂！
赞同的小伙伴请把舔酸奶盖打在评论区
那么，这灵魂酸奶盖是怎么形成的呢？

Q1

如果消化吸收代谢某种食物所消耗的能量大于该食物的能量，那么吃这种食物是不是越吃越瘦？有这样的常见食物吗？by 晴天大肉猪

答：
由于人体进食消化吸收食物而消耗热量的过程称为食物热效应，消化吸收某种食物所消耗的热量大于该食物的能力即所谓“负热量食物”，是理论上的减肥绝佳食品，可以达成吃着减肥、越吃越瘦的目标，然而遗憾的是，还没有发现真正的“负热量食物”。倒是有一些食物被作为“负热量食物”来宣传，如常见的各种蔬菜（茄子、芹菜、豆芽），水果（苹果、葡萄、橙子）和果仁类（花生、栗子、松果）等，实际上消化这些食物所需要的热量不超过摄入热量的 30%，长期只食用上述这些食物无法提供足够的生命所必需的蛋白质、脂肪等，会导致营养不良。想要减肥的话，还是要合理搭配饮食结构并适量运动。
参考资料：负热量食物
by yrLewis
Q.E.R.

Q2

酸奶为什么会沾在盖上？

by 匿名

答：
酸奶是否会沾在盖上与酸奶的制作工艺以及盖子所用的材料有关。现在市面上的酸奶丰富多样，如果按照加工形式区分，可分为凝固型酸奶和搅拌型酸奶两类。凝固型酸奶的质地通常为块状或膏状，而搅拌型酸奶的质地则为较稠的液体。一般搅拌型酸奶会更容易形成这样一层奶盖，这是因为在运输过程中难免会有颠簸与晃动，由于搅拌型酸奶具有较强的流动性，所以很容易“飞”到盖子上，又因为制造盖子所用的材料具有亲水性，所以这部分酸奶就一直被留在了盖子上，时间一长，随着水分的蒸发，就形成了质地更加致密的一层奶盖；而凝固型酸奶本身流动性较差，就不易形成（下次去超市一定把两种酸奶买回来对比一下）。如果想让搅拌型酸奶也不形成这样一层奶盖，可以在制造盖子时选用疏水材料，这样就能避免液体沾在盖子表面，从而无法形成奶盖，日本就制造出了这样一款不沾盖的酸奶（见下图）。不过这样一种设计，对于像小编这样的“舔奶盖爱好者”，真的是太反人类了
图源：日本酸奶为什么不沾盖？
参考资料：
[1] 不舔酸奶盖就吃亏了？喝酸奶的误区你知道多少
[2] 日本酸奶为什么不沾盖？
by Eric
Q.E.R.

Q3

为什么刚烧开的水在倒水时会出现规律性的抖动？

by 王点五

答：
通常我们使用茶壶倒水时能够观察到，倒出的水柱形状并不是简单的几何形状，而烧开的高温水倒出茶壶时，水流抖动相比之下更加明显，并且看起来好像有些“规律性”。
解释这个现象，要先从卡门涡街说起，当粘性不可压的定常来流经过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有规则的双列线涡，开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性的所谓涡街。而水在流出茶壶嘴之前，会经过一道金属片上有几个大孔的结构，为卡门涡街的形成提供结构基础。
图片来源：参考文献1
卡门涡街的形成可用雷诺数Re来描述，当雷诺数较小时，水流在管道中以层流的形式流动；当Re为50～300时，从物体上脱落的涡旋是有周期性规律的；当Re＞300时涡旋开始出现随机性脱落；随着Re的继续增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成了湍流。湍流现象在生活中随处可见，例如蚊香上白色烟会随着上升变成紊乱的“湍流”，水管里流出的水在大流量时为湍流小流量时为层流。湍流也在很多方面有所应用，飞机机翼上的翼刀将流过机翼上方的层流扰乱为湍流，从而解决大倾角爬升时的失速；高尔夫球上的不平整，两边通过的空气更快的形成为湍流，从而减少前后压强差给高尔夫球带来的阻力。“层流虽然美观，但湍流更加常见和具有魅力！”
层流和湍流
雷诺数Re由流速u、管道宽度L、粘度v来描述，Re=uL/v。水从茶壶中倒出，刚开始以卡门涡街的形式，水流形状较为规则，随着水流在下落过程中速度增大，会变为湍流。而倒水时茶壶的倾角、高度、水量等与之前相同的情况下，水的粘度随温度的升高而减少。热水的粘度系数更小，更容易在流出壶嘴时形成湍流，看起来水流像在抖动。
也有单孔的茶壶（单孔紫砂壶），在倒水时避免了卡门涡街对水流的扰动，水在倒出时较为平滑。
参考文献：卡门涡街、水的粘度和温度的关系
by jita
Q.E.R.

Q4

网上买到的自动搅拌杯（不用电），杯底有一个白色小颗粒，倒入开水就会迅速搅拌，水越烫搅拌越快。这是什么原理？by 雨天大肉牛

答：
简单来说，这种自动搅拌杯利用了温差生电的原理，利用开水与杯子的温度差产生电流驱动杯子底部的电机转动，杯底的白色小颗粒一般是一个永磁体，电机上也会安装一个永磁体，这样当电机转动时就可以带动杯底的白色小颗粒转动。随着杯中热水与杯子温度差逐渐变小，白色小颗粒的转动速度也会越来越慢，直至停止。
下面主要介绍温差生电的原理，我们首先考虑一个金属导体棒，在一端加热，另一端冷却，那么在热端的电子就会比冷端的电子拥有更多的能量，那么电子就会有一个宏观的从热端到冷端的扩散，从而在导体两端形成电压差。但这种电压往往很小，大部分金属的温差-电压转换系数（Seebeck系数）约为1~10μV/K。因此在实际的应用中往往使用半导体，利用半导体载流子可带正电可带负电的性质，形成下图中所示的通路，这样我们就可以将很多的小的温差电元件串联起来得到较高的电压。
图源：温差电元件
图源：温差电元件
最后集成起来就长成了这个样子，如果你把自动搅拌壶拆开，在杯底就会发现装了一个这样的半导体温差片，一头接着壶底靠水的那一面，一头接着壶的外底面。
图源百度
参考资料：温差电元件、热电效应、自动搅拌杯
by 前进四
Q.E.R.

Q5

吃辣的能力取决于对痛的感知能力还是抵抗能力？

by Revil

答：
辣椒对人的刺激主要是通过辣椒中富含的辣椒素（Capsaicin），特异性结合粘膜上的TRP受体（也称辣椒素受体）来实现的。顺带一提，TRP受体不仅在口腔粘膜表达，还在鼻腔、皮肤、肛门处表达，所以……你懂得。
TRP受体家族是广泛分布在细胞质膜表面的一类离子型受体，作为信号的感受器介导着疼痛和温度信号的感知和传递，同时也可以感知包括辣椒素（TRPV1）、四氢大麻酚（TRPV2）、薄荷醇（TRPM8）、芥末油（TRPA1）等植物次生代谢产物。其中TRPV1受体主要负责感受辣椒素，但也可以被芥末油等激活。TRPV1受体参与了温度和疼痛通路，这也是为什么当你摄入辣椒之后会发热流汗并且疼痛的主要原因，并且因为TRPV1受体介导的疼痛通路会促使机体释放内啡肽来镇痛，同时也会带来快感。
吃辣的能力不仅取决于感知能力的下降，也取决于抵抗能力的上升。以鸟类为例，部分鸟类可以大量摄入辣椒而无动于衷（辣椒依赖鸟类传播种子），并不因为它们没有TRPV1的受体（一个常见的谬论），而是它们的TRPV1受体与哺乳动物有差异，对辣椒素并不敏感，这就是感知能力的下降带来的吃辣能力的提升。
而作为哺乳动物的人类，吃辣能力的差异更多的是因为神经水平的习惯化，也就是长期接触辣椒素带来的脱敏作用，这也可以被认为是抵抗能力的一种，所以才会有所谓的吃辣能力的训练和退化之言。
如果吃辣椒吃high了，冷牛奶和10%的糖水是很好的选择。如果是切辣椒带来的皮肤刺激，油性物（比如油性的护手霜或者凡士林）的涂抹是很好的缓解选择。
参考文献(我也想发Nature……)：
[1]Michael J. Caterina et al. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature, 1997.
[2]Sven-Eric Jordt et al. Mustard oils and cannabinoids excite sensory nerve fibres through the TRP channel ANKTM1. Nature, 2004.
[3]Sven-Eric Jordt et al. Molecular Basis for Species-Specific Sensitivity to "Hot" Chili Peppers. Cell,2002.
by 某大型裸猿
Q.E.R.

Q6

为什么光学三原色加起来是白，色彩三原色加起来是黑？

by 一位爱抬杠的小菜豆

答：
在很多场景中我们都会听到“三原色”这样的概念，但不同场景下的“三原色”对应着不同的颜色，且混合后会得到不同的结果。比如“光学三原色”混合后得到的是白色，但“色彩三原色”混合后变成了黑色，这两者的区别对应着两种不同的颜色混合原理。
“光学三原色”混合得到白光是一种加色混合，这是色光的混合。对于外界的光来说，特定波长的光入射到我们的眼睛后，会刺激视网膜上的视锥细胞，这些视锥细胞有三种神经纤维，每种神经纤维兴奋都对应某种“光学三原色”的感知，并在我们的大脑皮层转化为各种颜色。当“光学三原色”对应的红光、绿光和蓝光同时入射到我们的眼中时，会同时引起三种神经纤维的兴奋，三种不同颜色的光谱在我们的视觉器官内部合成白光的感觉，当然这种合成与连续波长的白光不同，属于“同色异谱”。
而“色彩三原色”混合得到黑色是一种减色混合，是一种在外界混合后再作用于我们的视觉器官的方式。我们知道各种物体的颜色取决于其反射的颜色，“色彩三原色”的品红、黄、青就是分别反射白光中这三种颜色对应波长的光，吸收白光中其他波段的光，当把这三种颜色对应的颜料混合后，其各自反射的光对于另两种颜料来说是可以被吸收的光，且整体而言，吸收远大于反射，最后进入我们眼中的光就很少了，显得三种颜料混合后得到的就是黑色了。
简单来说，加色混合是把三种光谱相互叠加，混合后得到的光谱也能呈现出白光的感觉，而减色混合是从白光中减去其他颜色，混合后各种颜色对应的光都被“减掉”了，就呈现为黑色。
图一 “光学三原色”加色混合
图二 “色彩三原色”减色混合
参考资料：
[1]袁鸿俊.光色混合问题浅谈[J].物理教师,1991(10):40-42.
[2]龚铮如.色彩构成的“互补性”[J].山东纺织工学院学报,1993(04):30-35.
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q7

高空气象中的“蓝色喷流"形成机理是什么？能人为制造吗？能持续多久？by 匿名

答：
蓝色喷流（blue jet）是一种中层大气电现象，其形态为一束蓝紫色的细长光束，从积雨云的顶端向上射入平流层中，其长度可达50千米，持续时间通常小于1秒。
从国际空间站拍摄到的蓝色喷流现象
尽管蓝色喷流总是与雷电相联系，但其并非由闪电直接触发（与之相对，另一种高层大气电现象：sprites，即红色精灵，被认为由正闪电直接触发）。研究者认为，蓝色喷流是一种电击穿效应。形成雷暴的积雨云，其下部区域带负电，上部区域带正电，这种电荷的分离主要是大气对流时空气中冰晶（或水珠）之间的摩擦引起的。雷暴天气，中层和底层大气间的对流格外强烈，因此云顶的局部区域可能在短时间内积累大量正电荷，产生足够强的电场撕裂空气分子，产生大量离子，从而引发电击穿：大量正离子在电场的驱动下向上运动，与沿途的空气分子碰撞，产生更多的离子，自下而上形成一条导电通路。沿途被激发的空气分子回到基态时，以光子的形式释放出能量，给予了喷流特征性的蓝色光芒（离子运动到喷流末端时已经失去大部分动能，因此发出的光颜色偏红，对应能量更低的激发态）。
那么，能否在实验室中人为制造类似蓝色喷流的现象呢？确实是可以的，早在2010年，MIT的 Elm Williams 教授就通过在稀薄空气两端加以高电压，模拟了很多中高层大气电现象，他的实验装置也因此被称为“sprites in a bottle”。但是，实验室的模拟闪电和大气中真实的蓝色喷流在能量、距离尺度上还相距甚远，想要进一步研究这一神秘而独特的自然现象，还是要依靠实地的观察与测量。
参考文献：
[1] Observation of the onset of a blue jet into the stratosphere, Nature (2021).
[2] results from the Sprites94 aircraft campaign: 2. Blue jets. Geophys. Res. Lett. 22, 1209–1212 (1995).
by 乐在心中
Q.E.R.