啥？我仅凭两条腿就能跑得过猎豹？| No.287
众所周知
人类其实很强大
不仅可以滑铲老虎
还可以跑得过猎豹
当然
这里的跑得过
指的是跑的比猎豹远
那究竟是什么动物
跑的最远呢？
Q1
为什么在湿的黑板上写字，干了后很难擦掉?
by 一个氚碳
答：黑板表面虽然看起来光滑，但依然有许多肉眼看不见的小孔。实际上粉笔黑板为了方便粉笔写字，便有意做得不是那么光滑，当然黑板小孔一定要细小和均匀，才好写字。这些小孔，一般用放大镜就可以看见。干粉笔写字时，粉笔碎屑附着在黑板表面难以进入小孔深处，因为固体的扩散是很缓慢的而且不像液体那样流动性好，这样擦除的时候也比较方便，类似于拍下衣服上是尘土。在湿的黑板上写字则不一样，粉笔灰会随着水渗透到小孔深处，所以干了以后就难以擦除，这个时候可以用很湿的抹布擦除，让小孔中的粉笔灰被水带出来。
by Alan
Q.E.D.
Q2
大雁飞行时排成“一”或“人”字真的是为了省力吗？
by 半瓶醋
答：从小到大谈到大雁排队飞行的时候，最著名的说法就是头雁破风帮雁群节省体力。这一点是确实的，甚至由于过于著名，已经难以找到原始的研究论文了。由于对省力原理的具体描述需要涉及复杂的流体力学计算，因此我们在这里不展开介绍了，大致的说法是前方大雁飞行时，翅膀尖端会产生翼尖涡流，为后方大雁提供升力。感兴趣的读者可以看看下方的参考链接。
飞机的翼尖涡流，图源：参考文献 但是雁群排队飞行不是只为了省力。雁群在长途迁徙的过程中，经常由经验丰富的老雁领头，以防迷路或被天敌袭击。领头的老雁由于经历过迁徙，更不容易迷路；遇到天敌时也可以指挥雁群避险。幼雁则基本处在队伍中，既节省体力，也能受到成年大雁的保护。
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q3
能量手环是智商税吗？
by 光之守护
答：是智商税。或者换句话说，物理学得越少，戴这种“能量手环”效果越好（毕竟不能排除安慰剂效应对不对）。
所谓“能量手环”宣称在普通装饰用硅胶手环的基础上“掺入了钛、锗等微粒或磁石颗粒，因此可以提高体力、消除疲劳、增强能量”。但是这怎么可能是真的呢？我们看看它掺的东西到底有什么玄机。
钛最主要的应用是作为轻质高强度耐腐蚀材料，用于建造飞机机翼、潜艇耐压壳等部件，另外，钛氧化后得到的二氧化钛可以作白色颜料；钛良好的生物相容性保证它可以用来制造钛合金狗眼人造骨骼。
锗也是一种应用广泛的金属元素，但是它跟能量的关系…似乎只有固体物理中定义的电子能量带隙刚好处在半导体的范围内，跟硅性质比较相似。我们日常使用的手机中，芯片就是用单晶硅制作的，但是似乎没人认为随身带手机能提升能量抗疲劳。
再来看磁石颗粒。磁粉确实可以改变它周围空间的磁场，会对粒子磁矩取向有作用力，但是这种力在生物体中的效应微乎其微到完全可以忽略不计。我们可以和磁铁做个比较，微量的磁石颗粒所造成的磁场变化肯定不如整块的教学用磁铁，更不要提钕磁铁这种强磁材料了，如果手环掺磁石颗粒对身体有好处，那么教学磁铁大概就可以号称“长生不老丹”、工程中常见的钕磁铁就可以改名叫人参果了吧。
总而言之，这些手环里掺入的所谓“能量粒子”都对毫无益处，甚至会由于杂质的存在对身体产生损害，比如锗的一些化合物就对人的粘膜有刺激性作用。如果真的不在乎没有益处、不害怕这些潜在危害，按硅胶饰品买来打扮自己也不是不行。
最后提醒一下，强身健体不能依靠这些奇奇怪怪的新鲜玩意儿。健康饮食、规律睡眠、适度运动才是健身的正路。如果身体出现不适，要到正规医院和药店，遵医嘱使用有国家正规批准文号的药物。
by 藏痴
Q.E.D.
Q4
为什么四条腿的动物往往跑得更快更远？
by 匿名
答：在一个著名的问答社区里，有一句很有趣的话叫做：先问是不是，再问为什么。
跑得快一般指爆发力强，而跑得远是耐力好，一般来说这两项能力就像鱼和熊掌不可兼得。现存的动物中，人类已知的跑得最快的陆生动物是猎豹，毫无疑问是四条腿的，但是猎豹只能全力奔跑几分钟。猎豹的高速奔跑能力和它的四肢肌肉、脊椎形态乃至尾巴和爪子都有关系，可以说猎豹的整个身体就是为了极速奔跑而生的。那么哪种动物跑得远呢？
图片截自视频：猎豹身体结构的秘密 一个在古人类研究中比较著名的说法是，古猿人在掌握制造石器之前，捕猎的方式除了围猎，另外一种重要方法就是长时间的追逐。由于猎物体能恢复的速度不如人类，因此在可以长达一天甚至几天的的追逐后，猎物最终力竭而亡。这种说法虽然还有些争议，但主体是被很多人接受的。
所以说，如果把奔跑的时间拉长到几天，那么人类——至少人类的祖先，是“跑得远”的有力竞争者。事实上，由于缺乏良好的评判标准，到底哪种动物跑得远并没有公论。那么为什么很多人都会有四条腿的动物跑得更快更远的印象呢？我们不妨考虑一下基数。现存的动物中，能长期两条腿奔跑的种类除了一些鸟类（比如鸵鸟）外，只有部分灵长类（主要是人类）和有袋类（袋鼠），数量其实很少。但是大多数哺乳动物都是四条腿奔跑的，它们可以选拔出很多“运动员”，跑得快的有猎豹、羚羊，耐力好的有马和犬（尤其雪橇犬）。在人类的驯化下，许多动物的奔跑天赋被放大、利用并为人所知，这大概是这种未必正确的印象的来源吧。
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q5
市面上卖的气凝胶服装是智商税吗？
by 外星人不戴帽子
答：气凝胶服装算不上是智商税，但目前确实有很多问题，很多人买回来之后和常见的羽绒服一对比，发现在很多方面都不如羽绒服（比如舒适度甚至保暖性），其实还是该技术并不成熟。
羽绒服中鸭绒或鹅绒的结构中有大量的孔隙，可以固定大量的静止空气，从而有效减少内外的对流交换，起到保温效果。同样气凝胶是多孔的超轻材料，含有99.8%的空气，是一种具有极低密度和极低热导率的固体，多孔的微观结构同样阻止了气体在其中的流动，减低了热对流产生的热量散失，同时常用的二氧化硅气凝胶中的二氧化硅材料，也是热的不良导体，热量很难通过传导的方式散失。气凝胶曾被美国宇航局用于隔离太空服，也曾被用于保温运动瓶的材料，是否可以制作成服装来超越羽绒服的保暖效果，是很多服装公司希望能够带来的突破。
来源：维基百科 从原理上来讲，气凝胶用来保暖是没有问题的。不过，二氧化硅气凝胶易碎，通常要加入纤维增强材料，使其耐用柔软。同时气凝胶更容易吸水，吸水之后造成结构的变化，要进行化学处理疏水。如果产生小的碎屑跑出服装，会对皮肤、眼睛、呼吸系统产生机械刺激作用，没有羽绒那么柔软舒适。目前气凝胶服装的气凝胶填充比例难以达到很高，保暖性未必更好，服装公司还要解决各种各样的问题，目前可能该技术并没有大家想象的那么成熟，在很多方面比不上羽绒服是很正常的。
参考资料：
by jita
Q.E.D.
Q6
水在太空中为什么会失去浮力？
by 匿名
答：在这周的空间站太空授课中，航天员王亚平展示了太空中水球内部的泡泡不会浮到液体表面，而只是停留在产生的位置，也就是说，太空中浮力消失了。
由于这个回答需要涉及重力，我们首先说明，地球轨道上是有重力的，只不过重力用来提供物体绕地球转动的向心力了。因此准确的说法是“地球轨道是一个微重力环境”。但是由于习惯的用法，本回答仍称太空中不表现出重力。
我们先来复习一下初中物理中对浮力的描述：“物体在液体中受到的浮力等于其排开液体的重力”，这样看，在太空中表现为没有重力的情况下，没有浮力也就是顺理成章的了。
我们从液体压强公式P=ρgh出发，认真分析一下。我们在小学二年级的流体静力学中了解到，液体压强是由重力产生的[1].在地球上的水里浸没有一个形状规则的物体，它受到水来自四面八方的压力，由于竖直面的压力彼此抵消，因此物体受到的水的合力就是上下两个底面的压力差。假设上下两个底面面积都是S，那么合力F=ΔP×S＝ρgΔh×S＝ρgV，对于一般物体，可以通过积分计算。也就是说，浮力来自液体压强，而压强本质上来自重力。
在太空中，水聚合成水球并不是因为重力，而是因为表面张力。王亚平两次太空授课都是用一个环形的框架来约束水球就是这个原因。水球内部并不能像地球一样区分上和下。也就是说，太空中水球内部压强处处相等，水球中的物体受到的合力也就是零，因此不会浮到水球表面。浮力也就消失了。
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q7
为什么有的金属被磁化后一段时间会失去磁性?
by 匿名
答：一般的金属内部，原子规则排列，每个原子都有磁矩。除了铁钴镍等铁磁性金属外，大多数金属的原子磁矩的取向在没有外磁场的情况下会随机分布。当施加外磁场以后，原子磁矩会变得取向统一，都指向外磁场方向，这种性质叫做顺磁性。此外，由于磁矩在外磁场中的进动，还会产生一个与外磁场反方向的等效磁矩，这称为抗磁性。由于一般抗磁性强度远小于顺磁性，因此不影响宏观磁化。
在外磁场作用下，金属内部原子磁矩都指向了外磁场方向，也就是发生了磁化。撤去外磁场，磁矩间还有微弱的相互作用，以保证磁矩取向的相对稳定。但是，每个原子都在做无规律的热运动。这种热运动会破坏磁矩的统一取向。热运动对应的能量在kT量级，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。如果这个能量大于磁矩之间的相互作用能量，那么就会破坏磁矩的有序性，宏观上表现为已经被磁化的金属逐渐失去了磁性。
参考资料：
黄昆，固体物理学，高等教育出版社，1988
by 藏痴
Q.E.D.
Q8
需要多少个分子（或原子）才可以定义温度？
by 匿名
答：经典热力学对温度的定义源头是热力学第零定律：若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，此两个系统也必互相处于热平衡。这个定律要求的一个条件是：热平衡。热平衡只在热力学极限下(粒子无限多)才成立，否则涨落会不断地让两个热力学系统之间发生热量传递。这也就隐含了基于第零定律的温度定义的误差是O(1/N)。也就是如果我们允许(1/N)的误差，也还可以定义温度。这也是第零定律所给出的温度的极限了。
如果N再少一些，对于孤立的只有极少几个粒子的系统，重复进行测量得到的温度是会有较大的涨落，每一次测量的结果都是随机值，不过这个值也是有规律的。从这个分布规律中可以读出一个对N->1的小系统也成立的温度定义，且这个定义在热力学极限下也与经典温度的定义相容(类似于求期望)，在物理学中也有一定的用处。想深入了解可以点击参考资料。
参考资料：
On the definition of temperature and its fluctuations in small systems
by Luna
Q.E.D.
#投票
#本期答题团队
Alan、藏痴、jita、Luna
#点击这里或识别下方二维码快速提问
#上期也精彩
编辑：穆梓
近期热门文章Top10