为什么塑料袋可以发出那么大的声音，每次拆包装袋都会被狗子听到？| No.293
每次我偷偷撕开包装袋
我家狗子总是疯一般地冲过来
虽然它听力好
但这塑料袋的声音也太大了吧
那么为什么
薄薄的一层塑料袋
能发出那么大的声音呢？
Q1
为什么向雪球上喷洒酒精会有大量雪融化？
by 匿名
答：这个问题在原理上其实很简单，就是水-酒精混合物的冰点会降低。虽然但是，酒精并不能用作融雪剂，除了安全考虑以外，成本也是一个很大的问题。
再多提一句，不知道大家有没有做过一道高中习题，问你往汽车水箱里加酒精水箱不会冻裂是什么原理，和本题其实是一样的。
不过读者朋友们可千万别往汽车水箱里加酒精，酒精是易挥发液体，其挥发出的蒸气可与大气形成可燃的混合气，有引发爆炸的风险，而且易挥发的特性也容易造成水箱缺水。现在的市面上的汽车防冻液中，起主要防冻作用的是乙二醇，它沸点高，挥发性小，热稳定性好，混合物冰点低，是比酒精理想的多的防冻剂。
by fiufiu
Q.E.D.
Q2
为什么冬天桥面比之普通路面更易结冰？
by 问问题
答：我们可以从热量散失的角度来看。
首先是热对流。路面是建在土地上的，而桥梁处于悬空状态，整体包括（桥底与侧面）都暴露在空气中，而路面则只有一面暴露在空气中，侧面与底面与泥土接触。与空气接触时，热对流会使表面面散失热量，而悬空的桥面由于与空气接触面积大，散失热量更快。
再来看热传导。普通路面一般使用沥青混凝土，导热系数1.05。而桥梁使用会大量采用钢结构，也会大量使用钢筋混凝土，导热系数1.74。这都导致桥梁的导热率更高一些，因此散失热量更快。
最后还有大地的保温作用，虽然空气比热略高于干泥土，但由于泥土质量高，导热性比较差（建筑用砂导热系数0.58），因此，散失热量时，空气温度可以很快降低到0℃以下时，而大地只有浅层泥土温度会降低到0℃以下，深层泥土仍有可能保持在0℃之上的温度。这就是地下水常年保持十几度的原因。因此路面与泥土的温度会成梯度分布，热端会向冷端输送热量，使路面不那么冷。
综上，同样气温下，桥面确实温度会更低，更容易结冰，大家冬季行车要注意安全。
参考资料：
by 霜白
Q.E.D.
Q3
公交车后门开关门时，为什么有气体冲出的声音？
by 匿名
答：公交车后门开关时的喷气声其实是气缸中气体喷出的声音。
公交车门的开关是由一套气动控制系统控制的，执行装置是一个带活塞杆的气缸。司机在驾驶位按下气动开关后，压缩气体通过气阀进入气缸，推动活塞杆让门开启或关闭。压缩气体推动活塞杆的过程中，气缸运动，就将另一侧上个过程中充入的气体排了出来。我们听到的声音就是气缸排气的声音。
那么，为什么公交车要用气动装置而不用噪音远小于气动的液压传动装置呢，因为气动传动比较廉价，更适应公交车颠簸的环境。气动用到的压缩气体无需回收，控制一个公交车门也不需要太高的精度和稳定性。至于噪声问题，其实我们听到的声音已经是消声器处理过的了，声音并不算大，所以公交车门都是用的气动传动系统。
如果你注意观察的话，大巴车，卡车驻车制动的时候，也会有气体喷出的声音，这是因为大型车动能很大，要想让它停下来需要很大的力，所以需要压缩空气辅助刹车，松开刹车片需要将压缩空气排出，道理都是一样的。
参考文献：
[1]徐炳辉.气动技术基础知识[J].液压与气动.1994,(05) :39-41
by fiufiu
Q.E.D.
Q4
为什么有的黑笔笔芯末端的“油”是无色的，有的是黄色的？
by 福清物理小呆瓜
答：当然是因为他们不是同一个“油”。
其实这个“油”叫做随动密封剂，又叫尾塞油、锂基脂等。看名字就知道，这种液体会随着墨水向下流动，起到密封作用，防止墨水蒸发或倒流。这是一种复合材料，主要是在基础油中加入稠化剂和其他添加剂制得的。
中性笔中的锂基脂的主要性能指标之一是粘度，这是因为锂基脂必须随墨水消耗同步流下去。在生产中，我们需要根据管径、笔头以及墨水种类等选择不同的锂基脂。举个例子，在相同的书写速度下，比较细的管径墨水流动速度比较快，所需要的锂基脂粘度就要小一些。而黄色和无色的锂基脂的粘度便不相同，当然，我们并不能通过颜色去判断锂基脂的粘度，还是要根据厂家提供的性能指标选择合适的锂基脂。
另外，中性笔在墨水灌装中可能会有气泡，我们需要通过离心将气泡排除，对离心速度、离心时间的不同要求也是锂基脂生产中必须要考量的；至于其他方面，诸如墨水成分、笔头等也需要我们研发不同的锂基脂。
总的来说，你见到的尾塞油可能都长得差不多，但在厂商眼里，其中的成分会有所不同，颜色上有所不同也就可以理解了。
回到颜色方面，锂基脂的颜色可能来源于稠化剂。常见的稠化剂有皂基稠化剂、羟基稠化剂、有机稠化剂和无机稠化剂。这其中皂基稠化剂的颜色较深，羟基稠化剂与有机稠化剂颜色较浅，无机稠化剂颜色最浅。当然，不同的锂基脂会添加不同的添加剂，这也可能造成锂基脂的颜色不同。
其实提问者见到的黄色不一定就是同一种颜色，我在某厂商提供的资料查到了他们提供的不同型号的锂基脂，他们提供的颜色大概是这样的：
后面的数字是粘度 | 图源自参考资料2 啊，你说的黄是什么黄~
参考资料：
[1]宋翃彬,冯乐刚.中性笔随动密封剂的研制[J].合成润滑材料,2009,36(03):6-7.
by 霜白
Q.E.D.
Q5
为什么薄薄的塑料袋在用的时候会发出那么大的噪音？
by 匿名
答：塑料袋是由高分子材料构成，它的形变是一部分是塑性的，一部分是弹性的。当你把它刷拉刷拉地揉作一团，然后放在一边，它会慢慢舒展回不那么压缩的一团，但回不到原形。这种奇特的性质，说明它在受到外力后将一部分能量贮存为分子势能，而其余的能量以声音的形式释放出去。
有研究者考察了塑料袋的声波特性[1]，他们在1秒种内揉搓一团塑料袋，得到如图1所示的声波。
图1 塑料袋的声波 可以看出，声音是一阵一阵的，离散的，而不是连续的。他们还发现，越厚的塑料袋发出的声音越响，但次数更少。他们分析道，塑料袋在揉搓后会自发恢复成某种构型，这对应了这团塑料袋在构型空间中的亚稳态。好比一个丘陵，其间遍布山谷和山顶，一块圆圆的石头在这个丘陵中自发地滚动，它可以停在任何一个山谷（亚稳态）中。
图2 塑料袋不同的亚稳态构型 而当外力使塑料袋变形，就好比有个力推动石头离开山谷。这部分能量变成分子间的势能。当力推动到一定程度时，塑料袋的构型就会落入另一个亚稳态，就好比石头翻过了一个山脊，被推到了另一片山谷中。图1中的每一次的声响，正对应了每一次塑料袋的构型翻过了势能山脊，落入另一个势能极小值所释放出的能量。声音的大小应与势能差有关，但目前并未找到更具体的相关研究。
所以当我们想在电影院偷偷撕开包装袋吃糖果时，尽管你的动作放得很缓，但它只会让发声的频次变慢，而不会让声响变弱，就好比石头只是翻过山脊的频次变慢，而当它翻过山脊后，依然会不受控制地重重地落入山谷。
当然，这只是Kramer在文献[1,2]中的说法，虽然不一定是最终答案，但确实是一个很有意思的模型。至于为什么塑料分子会有这么复杂的能量构型，而有类似能量构型的材料是否就会具有这样的声响特征，这个问题就留待后来人继续研究啦。
参考资料：
[1]Kramer E M , Lobkovsky A E . Universal Power Law in the Noise from a Crumpled Elastic Sheet[J]. Physical Review E Statistical Physics Plasmas Fluids & Related Interdisciplinary Topics, 1996, 53(2):1465.
by 牧鱼
Q.E.D.
Q6
为什么α射线穿透性很差，甚至一张纸便能拦截，却还能穿透人体组织，对细胞中的分子产生电离效应？
by 匿名
答：α射线是α粒子流，α粒子也就是He-4原子核，含有两个质子和两个中子。α射线穿透性确实很弱，不但可以被一张纸挡住，也不能穿透皮肤而进入人体组织。只有当可以发生α衰变（放出α射线）的物质被摄入或者注入人体，α射线才会对人体细胞中的核酸等物质造成破坏。也就是说，如果吸入了含有放射性物质的空气或者摄入了沾染了放射性物质的食物或水，那么α射线确实可能对人体造成伤害。如果控制好放射性物质的剂量并将其与靶向药物结合，一同注入癌症患者体内，那么这也可以作为一种放疗手段治疗癌症。
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q7
给物体镀金是怎么镀上去的？
by 匿名
答：看到这个题目我特别兴奋地想把实验室里常用的电子束和磁控溅射镀膜展开成长篇大论，但是转念一想题目大概还是在问3.5mm耳机插头之类的工业镀金。
工业镀金工艺主要分为电镀金和化学镀金两种［1］，电镀金的基本原理与高中化学介绍的电镀原理相同，含金的离子在电解液中在外加电流的作用下沉积到电极表面。只不过由于金的高度化学稳定性，镀金并不是像化学课本中介绍的其他元素那样使用简单金属离子（比如Cu²⁺之类），而是将金与氰酸根、柠檬酸根等有机酸根组合，使用氰化金钾、柠檬酸金等物质进行电镀，最高可镀得23K金［2］。目前工业上最常用的是氰化金钾，但是由于其有剧毒，在生产过程中存在安全隐患，因此工业界正在寻找替代品。值得说明的是，文献［3］中并未提及制成、出售的商品中含有有毒氰化物。
化学镀金分为置换型和还原型[5]。置换型化学镀金使用氰化亚金钾或亚硫酸金钠作为金源，按照各自的配方[4]配成溶液后通过化学反应将金沉积在镍层上，镍将金置换出来。当置换出的金覆盖住原有的镍层后，反应随即停止，一般可以镀得0.03~0.10μm厚的金层。还原型镀金的机理比较复杂，目前尚没有清晰的解释。还原型镀金层较置换型稍厚，可达约7μm[5]。
参考资料：
[2]刘建祥,安茂忠,浦建堂,周磊,王晓.电镀金工艺的研究与应用现状[J].材料保护,2020,53(08):113-116.
[3]詹秀玲,徐佩琳,马进,孙滔,杨富国.镀金工艺的研究进展[J].科技风,2021,(32):150-152
[4]唐春华.现代镀覆技术 第五部分──其他化学镀[J].电镀与涂饰,2021,40(09):691-695.
[5]侯晨曦. 环境友好型亚金配合物的合成及其化学镀金工艺研究[D].中南林业科技大学,2020.
by 藏痴
Q.E.D.
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编辑：穆梓
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