为什么对着电扇说话会感觉声音被切断？| No.263
七月份的到来
宣告我们和夏天的战争
正式打响
吹着风扇好像回到小时候
我们总喜欢对着风扇发出各种声音
然后声音就被风扇切断或吹跑调
我们就笑个不停
那为什么风扇能切断我们的声音呢？
Q1
为什么尼龙扎带只能越拉越紧？
by 匿名
答：尼龙扎带主要用于捆绑固定东西，越拉越紧是由于其内部一种正常情况下只能单向运动的结构——棘轮结构。棘轮结构主要由一个边缘有凸起的轮子和两个棘爪组成，如下图所示：
从示意图中可以很明显看出来，由于边缘的齿形的凹陷处可以与棘爪很好地嵌合，所以中间的棘轮只能逆时针转动，如果顺时针则棘爪会被棘轮上的齿形卡住。
对于尼龙扎带而言，其本质也是一种棘轮结构，只不过尼龙扎带上的棘轮结构从外置变成了内置。仔细观察可以看到，在扎带内侧有很多锯齿，而扎带头内侧有一个用于卡住这些锯齿的凸起，当我们把扎带从扎带头部穿进去后头部的凸起就会挨个卡住扎带内侧的锯齿，使得扎带只能被越拉越紧。
如果大家在生活中不小心被扎带卡住了手指而身边又没有剪刀等尖锐物品可以破坏尼龙扎带，可以尝试把尼龙扎带尾部塞进棘爪和棘轮齿中间，将两者分离的同时往外抽动扎带，这个操作比较麻烦，但可以做一个简单的“松绑”，亲测有效[狗头]。所以想要解开被拉紧的尼龙扎带，除了暴力破坏就只能解除棘轮结构来放松了。
不过在生活中还是尽量正规使用尼龙扎带，不要被“误绑”。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.D.
Q2
吹头发用冷风还是热风好？跟温度/湿度有关吗？
by hazelll
答：一般来说，较高的温度有利于水分的蒸发，所以使用热风可以更快地将头发吹干。但头发如果长时间暴露在热风中，表面的保护膜会被损坏，使得头发变得干燥、易产生分叉，同时还会使头皮缺水，产生头屑。冷风虽然不能像热风那样快速地吹干头发，但由于其温度低，对头皮、头发的损伤相对较小，所以也常用于吹头发，而且使用冷风还有固定发型的作用。如果希望较快地吹干头发同时降低对头发头皮的伤害，需要热风冷风结合着一起用。可以先用毛巾尽可能地将头发表面的水分擦干（注意用毛巾擦拭头发时不要大力地揉），然后使用热风档，保证吹风机与头发相距超过15cm，顺着头发的方向从发根部开始一层层向上吹（如果吹风机有多个热风档，可以优先选温度较低的温风档）。大约吹至6~7成干后，关闭吹风机让头发温度回归室温，再用冷风档继续风干，同时可以借助梳子帮忙定型，在吹至9成干后，就可以关闭吹风机让头发继续自然风干即可。当然，如果是冬天外界温度比较低的情况下，可以适当延长温风档的时间，缩短冷风档的时间，然后一定要保证头发干了再出门，不然冻感冒了可就不妙了。
by Eric
Q.E.D.
Q3
为什么人在运作的电风扇前说话会感觉声音被切断？
by 匿名
答：当声音在流动的介质中传播时，会发生类似于折射的现象，如图所示，当声音从流动较快的液体流入流动较慢的液体中时，入射角和折射角满足：
其中为两介质的相对流速，为介质中的声速。
根据这一公式可以得出：，即声音会向靠近法线的方向偏折。
当一个人面朝电风扇说话时，由于电风扇吹出的风存在流速梯度，在靠近轴线的地方流速快，远离轴线的地方流速小，声音的传播如下图所示。即声音会向远离轴线的方向偏折，因此电风扇背面的人听到的声音减小，就会感觉声音被切断。
by 乐在心中
Q.E.D.
Q4
飞机逆自转飞行，飞行距离会缩短吗？
by 手心手背
答：首先说结论，飞机飞的时间和地球自转是没关系的。这个问题说起来还挺有趣的，前几年网上有人说地球自转是假的，用的理由就是这个。实际上，飞机在大气层内运动，整个地表和大气圈都是一个惯性系统，飞机始终都具有这个系统的惯性，而飞机所谓的向某个方向飞都是建立在这种惯性运动的基础之上的。当靠近地表时，这件事很容易理解，比如我们立定跳远向东跳和向西跳成绩并不会有什么不同。但当来到高空，就有点不好理解了，飞机飞到几千米高空并且保持若干小时，似乎早已脱离了地球的控制。要理解这个问题，建议先看一下之前曾经回答过的一个提问“为什么蚊子可以在开动的车上自由飞行”。匀速运动的封闭的车厢内，空气相对于汽车静止，因此蚊子可以自由地飞行。对于我们整个大气圈来说，飞机也恰如封闭车厢内的蚊子，因此也可以自由地飞行。这就是开头所说的，整个地球和大气层是一个惯性系统。任何在地球惯性系统内的物体都时时刻刻受着这种惯性的影响，只是我们平时只讨论相对于地表的运动，就把其中包含的自转忽略掉了。
不过，大气圈的情况要远比封闭车厢内的空气复杂。大气层中存在着复杂的气流，这些气流也是空气在惯性之上附加的运动，会真切地影响到飞机的飞行。因此，即使是飞行相同的距离，在不同地区、不同纬度所用的时间也会不同。
by 老张
Q.E.D.
Q5
风的动能来自哪里？
by Crispsoul
答：简单来说，大范围风的动能主要来自于太阳的辐射能。
我们首先从风的受力这一角度讨论。风来源于不同地区空气的压强差。空气从高压区域向低压区域运动，就形成了风。我们都知道，空气有“热胀冷缩”的效应，在其他条件相同的前提下，温度高的空气压强大，温度低的空气压强小。对于地球上大范围的风来说，压强差主要来自于从极地到赤道的温度差。而温度差主要的来源则是太阳辐射。
除此之外，陆地、海洋的吸热散热性质的差异，也会造成不同地区空气温度差。例如，中国东部大都处于季风区，夏季受来自海洋的暖湿气流影响，冬季受到来自内陆的干冷气流影响。这正是由于水的比热容大，吸收或散发相同的热量，海洋变化的温度都低于陆地。因此也就导致了，夏天海洋温度低于陆地，冬天海洋温度高于陆地。从根本上来说，季风也来源于太阳辐射的能量。
另外，大范围的风也会明显受到科里奥利力的影响，但并不会给风提供能量。科里奥利力的公式是：，其中是地球自转的角速度，方向与自转轴平行，是物体的运动速度，是矢量间的叉乘操作，得到的新矢量与两个矢量分别垂直。从公式中可以看出，风不运动也就不会受到科里奥利力，这是由于科里奥利力本质是一种惯性力，它产生的原因是作为观察者的我们处在旋转的地球上这一非惯性系中。科里奥利力与运动方向垂直，因此永不会对风做功，因此也就不会给风提供能量，但它会在大气环流的形成过程中发挥重要作用。
而对于小范围的风，其动能的来源就多种多样了，例如电风扇吹出的风的动能来自于风扇叶片对空气做机械功；在火堆旁感到“热气扑面”，是由于燃烧过程将燃料的化学能转化为内能，火堆附近空气温度升高，造成温度差，进而产生了风。
by Quesmark
Q.E.D.
Q6
喝汤时汤面上的葱花为什么会聚集在一起呢？
by 匿名
答：对于一个热力学系统，平衡态的自由能最小，而液体的表面自由能正比于其表面积，换而言之，平衡态液体的表面积尽可能小。
漂浮在汤面的葱花由表面张力托起，如下图，液体围绕着葱花液体表面形成一个凹坑，使得表面积增加。当然在此过程中葱花的重力势能减小，使得体系的总自由能降低。
当两个葱花互相靠近以至相互接触时，如下图，两个葱花之间的液面高度将会降低，于是液体的表面积也会减小，液体的表面自由能降低。因此，漂浮在液面的葱花有相互吸引并聚集起来的趋势。
by 乐在心中
Q.E.D.
Q7
为什么热水比常温的水更容易被冻上？
by 匿名
答：这个反常的现象被称为姆潘巴现象（Mpemba effect），指的是在同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。这个现象自发现以来，就吸引着许多科学家去重复这样的实验，并且尝试给出一种合理的解释。但是由于影响该现象的因素较多（比如液体的纯度、初始温度、最终温度、容器形状等），而且实际情况下的结晶动力学颇为复杂，导致对这种现象的解释很多而存在争议。下面会给出几种解释供大家参考：
（1）较冷的水在冷却至冰点后出现了过冷现象而没有发生相变（结冰），而较热的水在冷却至冰点时没有出现过冷现象而直接发生相变（结冰）。而且由于对流的原因，热水的降温或许也不一定比冷水慢。[1]
（2）一般情况下，液体被加热时，原子之间的共价键会拉伸并存储能量，但水中氢键会产生一种罕见的效应使得加热时共价键缩短同时存储能量。这就导致水在冷却过程中，共价键以指数形式释放能量，所以热水比冷水在冷却过程中温度下降得更快。[2]
虽然上面两种解释看起来都颇有道理，但都还不够完善，仍需要从微观上进行更精确的理论模拟和实验验证。
这一现象除了可以应用于冻冰块，还可以解释为什么冬天最好别用热水洗车。因为如果外界温度在0℃以下，热水往车上一浇，很有可能就会在车表面结上一层冰。所以冬天洗车还是用冷水吧，冻手归冻手，总比把车冻上强啊……
参考资料：
[1] Bregović N. Mpemba effect from a viewpoint of an experimental physical chemist[J]. 2012
[3] 姆潘巴现象
by Eric
Q.E.D.
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编辑：他和猫
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