没有滚珠的鼠标是怎么工作的？| No.268

Original Frions 中科院物理所

不知道你小时候
有没有像我一样
喜欢抠鼠标里的滚珠
现在的光机式鼠标没得抠
竟感觉少了许多乐趣
以及被家长吊打的刺激感（逃
那没有滚珠的鼠标
又是怎么工作的呢？

Q1

为什么馒头表面那层皮是光滑且坚韧的？

by 匿名

答：
如果表面是蒸制过程中重新形成的，那为什么在馒头表面做的记号不会受影响？
关于这个问题我们在上周的回答中做出了解释(No.267 Q3)，但由于答者的用词不准确导致部分读者产生疑问，特在此对回答进行补充更正，也感谢各位读者的宝贵意见
馒头的制作要经历醒发和蒸制两个过程，而在这两个过程中都有体积的增加。醒发是面团的最后一次发酵，使经整形后的面团达到应有体积形状。由于酵母在面团内部活动产生气体，面团体积变大，一般以面团醒发到原来的2~3倍为宜。在这个过程中面团的表皮会不断被面团内部释放的气体撑破，最终形成新的稳定表面。醒发结束后进入蒸制过程，而我们看到的馒头表面的记号（如红点等）也是在这个时候点上的，可以尽量减少制作过程中对图案或记号的影响。不过这个阶段面团体积也基本呈上升趋势。面团开始蒸制后，随温度升高，内部密闭气孔受热发生热膨胀，面团液相内溶解的气体有一部分释放，低沸点物质（例如发酵过程产生的酒精）会挥发成气体，这三项物理作用都促使面团膨胀。此外还有酵母的作用，而酵母在60℃以上被破坏，只在蒸制初期起作用。而形成馒头皮后（也就是蒸制后期），体积膨胀受到表皮拉力的阻碍。
在这两个过程中，面团内部气孔变大，贴紧表面的气孔会不断膨胀最后撑破表面的面皮，面团表皮并不保持稳定。随着蒸制过程进行，面团最后会生成一个稳定的表皮，面食皮内部的气孔不至于撑破面皮，达到临界值。这个面皮的厚度主要和面团本身的韧性、蒸制的火力大小有关。
同时开始蒸制后，水分随蒸汽由面团表面冷凝并逐渐渗透到内部。面团中的淀粉与水发生糊化，蛋白质受热变性固化最后形成蓬松有弹性的馒头。面团（没蒸制时）的水分含量表皮<内部，蒸制成馒头后水分含量表皮>内部。同时表面受蒸汽冷凝直接放热，温度升高较内部快。由于水分更充足，并且受热更快，在面团表面区域的淀粉吸水升温快速糊化形成粘稠状胶体结构，蛋白质变性固化，最后在馒头表面形成延伸性和透气性较低的馒头皮结构。
参考资料：
[1]丁志理. 蒸制过程馒头坯变化规律研究[D].河南工业大学,2019.
[2]何松,刘长虹,左锦静.馒头蒸制过程中pH值、微生物、还原糖含量的变化[J].食品与机械,2004(03):23-24.
[3]刘长虹.蒸制面食生产技术[M].北京：化学工业出版社，2017.3
by 放开那个苹果
Q.E.D.

Q2

鼠标是什么工作原理？

by 匿名

答：
鼠标作为电脑的必要输入设备，已经经历了几十年的发展。根据原理的不同主要有机械式、光电式、光机式以及光学鼠标。大家可能对底部有滚珠的机械式鼠标或光机式鼠标印象深刻，而现在，光学鼠标凭借其高精度、无机械结构、可靠且耐用占据市场主体地位。
机械式鼠标与光机式鼠标底部均有滚珠与桌面接触，在摩擦力作用下转动，推动压力滚轴，两个互相垂直的压力滚轴分别代表X轴与Y轴，压力滚轴与编码器相连，其转动使编码器转动产生相应信号，由微处理器计算得到鼠标位移。机械式编码器为圆盘，上有接触点，编码器转动时接触点与接触条接触或断开，产生0和1的电子信号（如图1）；光机式编码器圆盘上有狭缝，两侧分别有光源与感受器，编码器转动产生光信号（如图2）。
图1 机械式鼠标原理 | 图源自参考文献[1]
图2 光机式鼠标原理 | 图源自参考文献[1]
而现在的光学鼠标完全摒弃了机械结构，因此寿命更长，精准度更高。光学鼠标的原理简单来讲就是不断拍照来判断鼠标位移。
光学鼠标主要由LED光源、光学镜片与感测IC等组件构成。其原理如图3。LED产生的光线穿过镜片照射接触面，经过表面反射后被传感器检测，传感器主要由影像撷取单元、DSP单元与USB接口等构成，影像撷取单元与CMOS传感器基本相同，DSP单元则负责利用影像计算得到位移，即将当前影像与上一个时间节点的影响对比判定位移。
图3 光学鼠标原理 | 图源自参考文献[2]
而现在，随着技术发展，也有新的技术原理的鼠标出现，例如基于视觉跟踪技术的眼控鼠标、基于MEMS技术的无线空中鼠标等，有兴趣的读者可以查看参考文献[3]、[4]。
参考文献：
[1]电脑输入设备系列讲座——鼠标器的工作原理[J].上海微型计算机,1997(31):45.
[2]高弘毅.光学鼠标的结构与工作原理[J].电子测试,2003(09):108-113.
[3]祝宝龙. 基于视觉跟踪技术的眼控鼠标研究[D].哈尔滨工业大学,2015.
[4]周获. 基于MEMS技术的无线空中鼠标的研究[D].华侨大学,2013.
by 霜白
Q.E.D.

Q3

为什么菜冷了会变咸？

by 匿名

答：
从时间上来说，菜放凉了以后会变咸，主要是因为刚烧的菜很多盐都只是溶解在汤汁里，放置时盐会更多地渗入到了菜中，使得咸味加重；此外，放置或再次加热，使得菜的水分蒸发，盐的浓度增加，也会使得菜显得更咸。从温度上来说，味觉的敏感度受温度的影响，在20~30℃之间，味觉的敏感度最高，相对于刚出锅的热菜，凉下来的菜也会感觉更咸。煮熟的剩菜尤其叶类蔬菜经过细菌的作用，会产生亚硝酸盐，虽然亚硝酸盐微有咸味，但这种咸味不足以引起剩菜的咸度增加，但需要注意，亚硝酸盐对人体有害，还会引起食物中毒，所以叶类蔬菜最好现做现吃。对于普通的剩菜再次加热时，可以弃去菜汤后加入少量清水以缓解变咸的问题，但口感难以保证。
by Alan
Q.E.D.

Q4

被蚊子咬了之后，多久会感觉到痒？或者说这个开始痒的包，是多长时间之前被咬的？

by 匿名

答：
被蚊子叮咬后我们通常会感觉到痒，而且被叮咬的部分还会出现一个小肿包，而被叮了之后多久会感觉到痒则因人而异。蚊子叮咬主要引起IgE介导的速发型I型超敏反应，也就是常说的“过敏”。蚊子在叮咬我们的时候其实是将它们的口器刺进我们的皮肤，同时向我们身体里注入抗凝蛋白、消化酶、蚁酸等物质，这些入侵异物就会引起我们的免疫系统的反击——释放组胺。当组织受到损伤或发生炎症和过敏反应时，都会释放组胺，而组胺具有强烈的舒张血管的作用，使毛细血管和微静脉的管壁通透性增加，血浆漏入组织，导致局部组织水肿，也就是我们被叮咬后形成的小肿包，水肿的同时，组胺与皮肤的神经末梢结合会让我们产生痒的感觉。所以被蚊子咬了之后不管是红肿还是痒都与我们的免疫系统对外界入侵异物的反应有关，如果免疫系统反应够快，可能蚊子还没来得及把口器拔出来的时候你就开始痒了。
参考资料：科学分析：蚊子包的本质竟是过敏？
by 懒懒的下午三点半
Q.E.D.

Q5

猫薄荷对老虎也适用吗？

by 匿名

答：
猫薄荷即“荆芥”，学名Nepeta cataria，意为猫喜欢的植物，只是外形上长得像薄荷，与植物学上真正的薄荷并无联系。猫吸入猫薄荷中的荆芥内酯后会与猫鼻子中的受体结合在一起，从而刺激与大脑相连的感觉神经元，产生类似“嗑药”的感觉。但猫薄荷对于猫的影响不具有成瘾性，对猫来说，不吸也过得去。闻到这种味道猫会上瘾几分钟至一个小时，然后间隔至少要在2个小时之后才会重新对其产生兴趣。
研究发现，猫薄荷确实对老虎有效果，实际上大部分猫科动物都难以抵抗猫薄荷，对于不同的猫科动物而言，反应也不相同，有的会一直发呆，有的会不停打喷嚏，有的会不停地到处翻身，有的会大流口水，而有的会变得很有攻击性，然后和其他同类战斗……而且将猫薄荷投给老虎、猎豹等大型猫科动物产生的成瘾效果时间比猫更短，大约只有1分钟作用，所以不要轻易试探！
参考资料：送命实验：猫薄荷对老虎管用吗？
by Alan
Q.E.D.

Q6

中子流是如何发射的？

by 匿名

答：
当今高通量的中子源主要有两类：核反应堆和散裂源。
核反应堆是一种稳定的连续中子源，其中子来源是核裂变过程释放的中子，中子束通量由核反应功率决定，通常使用铀235作为核燃料，每次核裂变可以产生1个有效中子，释放大量热量。由于散热条通量件的限制，反应堆的中子通量在上世纪就达到饱和，目前公认中子束通量最高的是法国ILL研究用堆，约为。中国先进研究堆与2012年达到工程验收指标，功率为60MW，重水反射层内设计最大未扰热中子注量率达，达到世界先进水平。
随着科技发展，我们需要通量更高、波段更宽的中子源，于是便发展了散裂中子源。
散裂中子源是由加速器加速到GeV能量的质子轰击重金属靶而产生中子的大科学装置，是加速器基脉冲中子源。通过原子的核内级联和核外级联等复杂的核反应,每个高能质子能产生20-40个中子, 每产生一个中子释放的热量仅为反应堆的约四分之一。
中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source，CSNS)已于2018年建成，直接迈入世界四大脉冲中子源行列。中国散裂中子源的主要原理是通过离子源产生负氢离子，利用一系列直线加速器将负氢离子加速到80MeV，之后将负氢离子经剥离作用变成质子后注入到一台快循环同步加速器中，将质子束流加速到0.9倍光速，即1.6GeV的能量，引出后经束流传输线打向靶，在靶上发生散裂反应产生中子，通过慢化器、中子导管等引向中子谱仪，供用户开展实验研究。
参考文献：
[1]王芳卫,严启伟,梁天骄,殷雯,张泮霖,傅世年,唐靖宇,方守贤,章综,张杰.第一讲中子散射与散裂中子源[J].物理,2005(10):731-738.
[2]韩松柏,刘蕴韬,陈东风.中国先进研究堆中子散射大科学装置[J].科学通报,2015,60(22):2068-2078.
[3]程贺,张玮,王芳卫,陈延伟.中国散裂中子源的多学科应用[J].物理,2019,48(11):701-707.
by 霜白
Q.E.D.

Q7

地火转移的霍曼轨道是一条抛物线吗？

by 匿名

答：
我国首次火星探测任务天问一号探测器着陆火星，迈出了我国星际探测征程的重要一步。火星探测器是如何从地球转移到火星的呢？地火转移的霍曼轨道是一条什么轨道呢？火星探测器从地球发射一直到火星着陆，需要经过地球发射、地火转移、火星捕获以及火星着陆等阶段，其中地火转移轨道就属于霍曼轨道。
“霍曼轨道”，又称为“霍曼转移轨道”，是由德国物理学家瓦尔特·霍曼在1925年提出。途中只需两次引擎推进，即可实现太空船从低轨道向高轨道的转移，相对地节省燃料。如图所示，霍曼转移轨道（2）分别在与低轨道（1）和高轨道（3）的交接处相切，分别在切点出进行加速（、）。在地火转移过程中，探测器由于靠近火星，在火星引力的作用下会自动加速，因此在靠近火星时可能需要制动而不是加速。
霍曼转移轨道是一条椭圆过渡轨道。这是因为在太阳的引力作用下，周期性运动的行星轨道是一条椭圆轨道，而火星探测器只在离开地球轨道和接近火星轨道时进行引擎推进，转移途中只受到太阳的引力作用，其轨道是圆锥曲线（椭圆、抛物线、双曲线）的一种。由于火星探测器仍属于太阳系内探测器，初速度不足以摆脱太阳引力，同时为了实现其在低轨道和高轨道速度相切，轨道的偏心率小于1，因此为椭圆轨道。
by 勿用
Q.E.D.