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为什么手麻时会有针刺的感觉?| No.272

Frions 中科院物理所 2021-10-21
手麻
总在不经意的压迫之后
每当手上开始有
针刺一样的感觉
我都不禁感慨
要不,剁了吧
那么,为什么手麻时
会有针刺的感觉呢?

Q1

天宫空间站的速度小于宇宙第一速度,但为什么没有掉下来?

by ...

答:

空间站等绕地球圆周运动的人造天体,由万有引力数学公式: 提供向心力,

G是万有引力常数,M是地球质量,m是环绕天体(空间站等)的质量,r是环绕天体到地心的距离,v是环绕天体速度。可见

r越大,v越小,r为地球半径(最小值)时,v称为第一宇宙速度,也就是说第一宇宙速度是环绕天体圆周运动的最大速度。地面物体速度小于第一宇宙速度,将无法完成圆周,也就是要掉回地面。要想把人造天体送上太空做绕地圆周运动,初速度需要超过第一宇宙速度,在远离地面过程中,速度不断减小,并最终小于第一宇宙速度,同时万有引力势能不断增加,这实际上是一个动能转化为势能的过程(忽略大气摩擦)。

by Alan

Q.E.D.

Q2

为什么民国时期的照相机照相时会闪一下然后冒烟?

by Rita

答:

闪一下冒烟是由于镁粉燃烧。

老式黑白照相机是利用能感光的胶片曝光时记录感光强度来完成摄影的,黑白胶片一般用卤化银做感光剂,卤化银曝光时分解产生银离子,感受到的光照越强,分解的就越多,后续再用显影剂(还原剂)将银离子还原成银原子,形成微小的银核,在胶片上留下不透明的影像。

而在室内拍摄或拍摄环境光照不足时,就需要闪光灯,民国时期的照相机使用镁粉做为闪光灯,最早用散装镁粉,即镁和氧化剂的混合物,由火石点燃,后来将镁做成灯丝,接在钨丝或碳丝中,通电点燃。根据初中二年级的化学知识,镁被点燃会剧烈发光,放出热量,生成氧化镁,照相机正是利用镁燃烧发出的光完成曝光。至于闪光时的烟,也是由镁燃烧产生的,不过照相机也不想的,你们体谅一下。

by 霜白

Q.E.D.

Q3

根据公式P=UI,电压越高,线损应该越大,为什么高压线还能减小线损呢?

by 小问号

答:

远距离高压输电过程中,假设升压变压器和降压变压器都是理想的,没有损耗,发电厂提供电压,升压变压器将电压提高为=+是高压线路上电阻的分压,而是到达降压变压器的电压,经过降压变压器降压变为

这些电压值中,由发电机决定是确定值,为居民使用电压,也可以认为是确定值(220V),假设使用总功率(升压变压器输入功率)为,则升压变压器输出功率

I为高压线路输电电流,记高压线路总电阻为R,其上损耗为:

可见对于同样的总能耗,输电电压越高,输电损耗越小,这主要是因为输电电压越高,输电线路上电流并不是越大反而越小,这里是不能使用欧姆定律的,变压器不是纯电阻电路器件。

by Alan

Q.E.D.

Q4

如果把一颗鸡蛋使劲的摇,那么鸡蛋会不会在鸡蛋壳里打成鸡蛋液?

by 正道德光

答:

首先我们来观察一下鸡蛋的内部结构:

鸡蛋内部结构剖面图 | 图源:维基百科

可以发现,如果要将鸡蛋在没剥壳的情况下打散,首先要设法打破包裹在蛋黄表面的那层卵黄膜,而想要打破这层膜,就要让蛋黄与蛋壳发生撞击,将膜撞裂。但由于上下系带一定程度上限制了蛋黄的移动,再加上卵黄膜有一定的韧性,所以打破卵黄膜是有一定难度的,若仅用手摇(即使是拼命地摇),效果可能也并不理想。此时,我们就要借助工具,增大蛋黄在垂直于系带方向上的受力,使其能与蛋壳产生较强的撞击。

一个非常好的方法就是,找一件弹性较好的长袖薄衣服,将鸡蛋横着塞进袖子里,用两个细绳分别系在鸡蛋的两端起到固定作用,然后两手抓住袖子,开启甩动模式:

图源:参考资料[2]

甩动过程中有一个拉紧的动作,一定要迅速,这样才能产生一个较大的旋转速度,使蛋黄离开中心位置,与蛋壳发生碰撞。这个动作最好持续10分钟以上,以使蛋清与蛋黄充分混合。

如何判断蛋清与蛋黄混合了呢?可以在一个较暗的环境下打开一个手电筒,将鸡蛋放在手电筒上。由于蛋清的透光性较好,而蛋黄的透光性较差,所以如果蛋黄已经和蛋清混合,整体的成色应当较暗。

图源:参考资料[3]

如果你想将蛋清蛋黄混合后的鸡蛋煮熟,要注意用小火慢煮12-15分钟(如果火开太大,鸡蛋会容易裂开),这样你就能收获一颗“黄金蛋”啦。

图源:参考资料[3]

感兴趣的小伙伴可以自己在家里试一试哦,祝大家实验成功 ~

参考资料:

  1. 鸡蛋
  2. How to Scramble Eggs Inside Their Shell
  3. How to Scramble Eggs Inside Their Shell - NEW VERSION

by Eric

Q.E.D.

Q5

为什么热水壶烧开水后壶内壁上有白色结晶?

by 匿名

答:

烧开水后水壶中留下的白色沉淀俗称水垢,主要成分是碳酸钙和氢氧化镁。在自来水中,钙和镁主要以钙离子和镁离子的形式存在,与碳酸氢根结合为可溶于水的碳酸氢钙和碳酸氢镁。对自来水进行加热后,碳酸氢钙和碳酸氢镁发生分解,分别产生碳酸钙和氢氧化镁。生成的沉淀都是碱性化合物,生活中可以用酸性物质如白醋去除。主要的反应方程式如下:

在饮用水标准中,用“硬度”来衡量钙和镁离子的含量。硬度高代表钙和镁离子浓度高,更易产生水垢。除了钙和镁之外,自来水中还会溶解一系列盐和有机物等,它们统称为“溶解性总固体”(TDS)。我国现行的生活饮用水卫生标准GB5749-2006中,对于硬度和TDS分别要求低于450mg/L和1000mg/L。

硬度和TDS是否会影响健康,这一点一直众说纷纭。根据搜索,很多净水机(尤其是价格在两千元以上的)会使用反渗透的技术来降低TDS,有商家宣称可以降低到50mg/L以下。这样的净水是否有好处,我不好评判,这里只援引一下世界卫生组织在2011年发布的《饮用水水质准则(第四版)》。在该准则中,对于硬度和TDS都没有给出准则值(guideline value),而没有给出的原因是“饮用水中的浓度不足以对健康产生影响” (Not of health concern at levels found in drinking-water)。在该准则中认为,硬度和TDS可能影响的是饮用水的可接受性(acceptability),也就是味道、外观和气味。不同人对硬度的可接受性不同,最高可达500mg/L以上。而TDS低于600mg/L的水口感较好,大于1000mg/L的水口感较差。这份准则十分详尽,包含了影响饮用水水质的各种因素,并且在世卫官网上可以下载中文版本,我把链接放在最后,希望大家都能更加了解我们每天都离不开的饮用水。

参考资料:

  1. 生活饮用水卫生标准

  2. 世卫组织饮用水水质准则(第四版)

by 老张

Q.E.D.

Q6

手麻时感觉像针刺,这种感觉是怎么产生的?

by 小花花

答:

麻的感觉一般是肢体受到了较长时间的压迫,然后卸掉压迫后产生的,这种麻的感觉像是针刺,但一会儿之后就会消失。

图源:网络

为什么会产生这种酥麻的感觉呢?我们知道,人体当中有许多的神经,它们无时无刻不在传递信息。但如果我们对身体的某个部位施加压力(比如趴在桌子上睡觉时,头对手臂的压力),就会阻碍这些信息的传递。此时大脑无法从神经束中得到完整的信息,而神经本身也无法从心脏中得到所需的含氧血液,那么信息的传递就会进一步减缓,被压迫的地方也会产生一定的压迫感。

当压力减轻时,含氧血液供给到了神经,神经将前面没有输送的信息一次性进行了大量的传输(就像堵住水管后,水开始积压,然后突然疏通,水大量地前涌),这样大量的传输就带来了压迫部位的刺痛感。

虽说这种酥麻的感觉会很快消失,但像被针刺的感觉也挺不好受的,而且总是压迫身体的某个部位也会造成血液流动不通畅等问题,所以大家在日常生活中还是减少对身体的压迫为好 ~

参考资料:

Why do we get pins and needles?

by Eric

Q.E.D.

Q7

为什么不甜的水果放几天就变甜了?

by 刘长建

答:

这就是水果的成熟过程。

对于部分较容易腐坏的水果,往往是以不完全成熟的状态进行运输和销售,比如香蕉和猕猴桃。随着时间的推移,这些未成熟的果实,多数情况下会自发走向成熟。也就是不甜的未成熟果实变成了香甜的成熟果实。在这一过程中,乙烯扮演了极为重要的角色(在部分水果成熟过程中发挥主要作用的激素不是乙烯,而是脱落酸等其他激素,这里不做论述)。

fig. 运输中的未成熟香蕉

乙烯是极为重要的一种植物激素,来源于植物细胞中甲硫氨酸的分解,随后以气体形式释放出细胞,被目的细胞的乙烯受体感知响应。乙烯在植物中的作用很广,包括但不限于:促进果实成熟、叶片脱落以及枝干伸长。

植物果实在成熟的过程中,会自发释放乙烯,诱导果实的成熟。这一过程中,生物碱和丹宁等苦涩物质含量会下降,果酸和可溶性糖含量上升(糖分通常来源于细胞壁多糖降解,所以成熟的水果会更软,这也解释了果实为何在离开植株后依然可以变甜)。

当然现在也有人工方式来催化水果的成熟过程,常见的是通过在密闭环境中释放乙烯和乙炔气体,来诱导水果的成熟。需要说明的是,这是一种世界各国都允许的安全技术,毕竟这和把未熟水果和其他成熟水果放一起催熟的土方法,利用的都是乙烯。这种催熟的过程中最大的危险,反倒是催熟的库房乙烯浓度过高有爆炸风险。

by 某大型裸猿

Q.E.D.

Q8

汽车的油门和档位分别控制什么,功率,速度,还是加速度?

by 神秘人

答:

汽车的结构和原理非常复杂,我们一点一点的来看。当然需要注意的是,既然都有油门了,那应该是指燃油车,就是有一个烧油的发动机的那种。

先说油门,油门踏板连接的是汽车发动机的节气门,节气门就是混合气体进入发动机气缸的入口,这里的混合气体一般是混合汽油气,缸内直喷的发动机节气门主要控制空气的进气量。调节节气门开度可以控制进入气缸的混合气量,与驾驶室油门踏板相连,当你深踩油门踏板,节气门开度加大,进入发动机气缸的混合气量增加,发动机转速增加,输出更加澎湃的动力,因此,油门踏板可以控制汽车发动机的功率。

但汽车发动机转速很高,直接输出的扭矩并不大,这里的扭矩是是物体发生转动的力矩,汽车扭矩实际就是使车轮转动的力矩。想象一下,一脚油门踩到底,发动机七千二百转,直接作用在轮胎上,不要说轮胎了,就是沥青路面都融化了,当然,现实中,发动机那可怜的几百牛米的扭矩根本不足以克服摩擦,驱动轮胎。因此我们需要一个部件,降低转速,放大扭矩,这就是变速器。

变速器使用一组齿轮,通过不同传动比的齿轮组搭配实现不同效果的降低转速与放大扭矩,形成不同挡位,调节发动机动力输出,适应各种驾驶环境。

图源自参考资料

除此以外,变速箱还可以控制汽车前进或后退,以及提供空挡,断开汽车与发动机的链接。在发动机输出功率一定的情况下,转速与扭矩成反比,因此低档位,也就是转速低,速度低时扭矩更大,发动机提供的牵引力越大。

回到题目本身,油门控制功率没啥问题,但汽车速度与加速的却需要油门和变速箱的配合,想要获得高速度,一方面深踩油门,提高发动机功率,另一方面也要变速箱传动比适合,将发动机功率用来提高转速,至于加速度,你可以尝试快些踩油门,如果车不熄火的话(当然,安全第一条)。

参考资料:

简单通俗易懂 汽车入门知识图解

by 霜白

Q.E.D.

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Alan、霜白、Eric、老张、某大型裸猿

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物理所的霓虹有什么不一样吗?| No.271

编辑:穆梓


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