空气炸锅是用空气炸食物吗？| No.256

Original Frions 中科院物理所 2021-05-11

收录于话题

230个

 油炸食物大多美味诱人
但总少不了妈见打的宽油
于是
吃货们说：要少油
就出现了空气炸锅
那空气炸锅是什么原理？
到底是空气炸还是炸空气？

Q1

为什么中午30℃，晚上还会下冰雹(此时显示24℃)？（例如4月30日的上海）by 匿名

答：
冰雹本身就是在炎热的夏季或春夏之交最为常见。在炎热的天气，大量地表水蒸发上升，在高空因为温度降低，先液化成小水珠形成积雨云，积雨云在快速上升的气流作用下被带到0℃以下的更高位置，小液滴凝固成小冰粒，冰粒不断长大就可能形成大冰雹。这一过程中最重要的条件就是具备快速上升含水量大的暖气流，而这种情况在炎热的夏季更为常见，其他情况更倾向于形成雨雪天气。
by Alan
Q.E.D.

Q2

在太空中可以把气球吹起来吗？如果可以，把它带回地面又会怎样？

by 匿名

答：
在太空中可以把气球吹起来，但基本上吹一口气，气球就会变得非常大然后爆掉。这是因为在地面上我们把气球吹大之后，气球内部的气压产生的压力、外部大气压产生的压力与气球本身的张力可以达成平衡，而外太空近似真空环境，仅靠气球的表面张力，很难抗衡气球内部的空气带来的压力，因此气球会迅速变大，直至超出极限爆掉。而如果假设我们有一个非常结实的气球，使我们能在太空中吹起来（不考虑外太空强烈的辐射和低温对气球材料的影响)，然后我们将它慢慢地从太空拿回地面（一直暴露在外面）。我们可以看到，这个气球会随着高度的降低而慢慢变小，甚至可能瘪下去，这正是大气压在作怪。
by 前进四
Q.E.D.

Q3

空气炸锅是什么原理？和烤箱比有什么区别？

by 奇怪君

答：
空气炸锅类似于对流烤箱（烤箱加风扇），使用热空气循环来烹饪食物，食物附近的加热元件提供热源，风扇使热空气得以循环。
传统的油炸方法将食物完全浸没在热油中（油的温度远高于水的沸点），在140°C至165°C温度引起美拉德（Maillard）反应。美拉德反应是一种氨基酸和还原糖之间的化学反应，可以使食物褐化，产生风味化合物，使食物独具风味。相比之下，空气炸锅使用的油更少，在薯片之类食物的油炸过程中减少了70%-80%的油量，并且空气炸锅有着自己的食品烹饪味道，传统油炸会有大量的油浸入食物增加油的味道。
图源：cooksmarts
烤箱是日常生活中常见的焙烧和加热的厨房用具，将食物放置在架子上，向上或向下加热食物。空气炸锅和传统烤箱相比，空气的循环使食物的加热更加均匀，加快烹饪速度，带走食物表面的水分，在几乎不使用油的情况下达到油炸类似的效果，增强了食物表面的褐变和酥脆，传统烤箱容易使食物口感较干。
图源：wiki
可以使用风扇辅助烤箱，增加空气的循环，这种对流烤箱和空气炸锅原理基本一致，当然空气炸锅设计的更加小巧，风扇更接近食物，将大量热量集中在较小的区域，相比对流烤箱烹饪更快。大批量的食物烹饪，对流烤箱会更加方便，但多层食物的放置也阻碍一定的空气对流效率。
参考文献：
空气炸锅
美拉德反应
烤箱
空气炸锅和对流烤箱有什么区别？
by jita
Q.E.D.

Q4

为什么贴上这么一张贴纸之后就可以看透磨砂杯？这样一来起阻挡视线作用的磨砂玻璃岂不是也可能被这样看透？by 傅同学

答：
磨砂杯+贴纸 | 图片由傅同学提供
贴上贴纸后磨砂杯可以被看透，原理相同的磨砂玻璃在贴上贴纸后自然也可以被看透。在这里磨砂杯、磨砂玻璃等材料能产生这种模糊的效果主要是由于发生了“漫反射”。“磨砂”，顾名思义其质感是粗糙的，不能像镜面那样平滑，所以光线不论是在透过还是照射到磨砂表面时，光线都会向各个方向反射，这就导致了我们不能准确得知光在被漫反射之前的情况，也就无法得知对应物体的情况。因此与普通的透明玻璃不同，我们既不能透过玻璃看到对面物体的样子，也看不到观察侧物体在玻璃上的倒影。
当我们在磨砂面上贴上透明胶或透明贴纸后，相当于把粗糙的表面变光滑，减少了界面上的漫反射，另外透明胶的折射率与磨砂玻璃等材质的折射率接近，使得我们能够正常地看到被“磨砂”挡住的物体。
除了磨砂玻璃之外，纸张被水/油打湿后变得更透光也是类似的原理。
参考资料：
不透明的磨砂玻璃为什么贴上胶带就变透明了？
为什么用水打湿的纸张比干纸张透光性好？
为什么纸上滴了油会变得有点透明？
by 懒懒的下午三点半
Q.E.D.

Q5

一些塑料制品掰弯时会变白（透明塑料变不透明）是为什么？而且多数情况下弯回原来状态白色就会减弱？by Charlie.zh

答：
这个现象在材料学里有个专门的名词，叫应力发白（stress whitening）。一般认为这种现象的产生与材料在外力的拉伸扭曲之下产生银纹（crazes）有关。
在塑料等高分子材料中，纤维束往往是折叠成一团一团的，当材料的纤维束在应力作用下，由原来的一团，被拉直，但却没有到断开的程度，在这部分区域，由于高分子材料的纤维束伸直了，所以这一部分材料的折射率便与周围产生较大差异，强烈地反射光线，于是材料在弯折处就会发白，这就是所谓的银纹和应力发白现象。
裂纹通过银纹扩展示意图
参考资料:
[1]普通塑料弯折后为什么会呈现白色？
[2]Crazing
[3]Characterization and Failure Analysis of Plastics - ASM International, Steve Lampman
by 前进四
Q.E.D.

Q6

三基色（红绿蓝）混合出来的颜色是真的合成了单色光还是只是一种错觉？（如果是单色光的话，为什么红+绿就生成波长为两者平均的黄光，而红+蓝就生成比两者波长都小的紫光？）by 匿名

答：
三原色光叠加出的光不再是单色光。由红色和蓝色叠加出的光和紫色单色光看起来颜色一样，其实是由人类的颜色感知机制导致的。
人类的感光机制其实在上一期Q&A中就有详细的介绍（指路No.255 Q6），因此在这里不再赘述。我们在这可以讨论一下，一束光进入我们的眼睛是如何被识别为不同的颜色的。人类颜色的感知主要依赖于S、M、L三种视锥细胞。三种位于视网膜上细胞在受到某种光刺激后，会产生差异化的输出，之后大脑的视觉皮层和其它相关区域中完成复杂的过程，这一系列过程最终导致我们产生了色彩的感知。（详细的生理机制可以阅读参考资料[1]）不同的光产生相同的色彩感知，实际上就是因为在初始阶段视网膜上的感光细胞在接收了光线刺激后，产生了相同或相似的输出。
拿我们熟悉的白色举例，我们都知道，整个可见光谱叠加可以得到白色，但其实三原色或者仅一对互补色的光叠加也能产生白色的感知。而从物理角度（频率、群速度等）来说，这几种光是完全不同的电磁波。
知道了这些，以后再也不怕有人问你要“五彩斑斓”的白了，毕竟，自然界中就有无数种各异的白色光呢。
参考资料：
[1] 彩色视觉
by Quesmark
Q.E.D.

Q7

物理上，维度和自由度有什么联系和区别？

by 匿名

答：
维度比较好理解，就是空间基矢的个数，或者说线性空间中线性无关向量的个数，比如三维空间用（x,y,z）刻画物体的位置，四维时空坐标则用（x,y,z,t）表示等。
自由度则与具体的研究问题有关，但总的来说，自由度表示的是独立变量的个数。具体而言就是，如果一个问题中涉及到的总变量有N个，约束条件有M个，则自由度D=N-M。
维度和自由度可以有联系，也就是空间基中的几个变量（x,y,z…）本身就可以作为具体问题涉及到的变量而存在，比如考虑运动物体的演化过程；当然两者也可以没有关系，比如相图中的自由度（独立组分数）。
by Alan
Q.E.D.

Q8

为什么行星绕太阳的运动轨道是椭圆？

by 匿名

答：
太长不看版：因为万有引力是一个平方反比力，即力的大小与两个质点间的距离平方成反比：。所有在平方反比力下运动的物体的轨道都是圆锥曲线，而行星的能量不足以让其脱离太阳轨道，所以运动轨道呈现椭圆。
详细计算版：（以下的推导需要基本的微积分与普通物理学知识）
因为太阳的质量远大于行星的质量，为了计算的简便，我们不妨认为太阳的位置固定。由于行星运动的速度较慢，太阳的引力场没有太强，所以我们不考虑相对论效应，在经典牛顿力学下考虑这个问题。
以太阳为原点建立平面极坐标系，行星在这个平面内运动。用表示极坐标的极径，表示极角，表示太阳的质量，表示行星的质量。则行星运动时角动量守恒：
为了之后表示的方便，记常量。行星同样有能量守恒。行星运动的径向速度为，切向速度为：，行星具有的引力势能为：。则能量守恒可表示为：
这是一个关于的微分方程，分离变量后可得：
根据，同样能得到一个关于的微分方程：
把上两个式子相除，可以消去时间这个参量：
左边积分后得到，其中是积分常量，与极坐标极轴的选取有关。右边通过三角换元同样可以积分，得到：。所以整个式子积分后变成：
整理上面这个式子，可以得到的表达式：
很显然，这是一个圆锥曲线的极坐标表达式，其中就是圆锥曲线的离心率。当能量时，离心率小于1，此时轨道就是椭圆。
by zhhjc
Q.E.D.