童年迷思：为什么一个字看着看着就不认识了？| No.301
开局猫猫镇楼！！
再让你们说我们标题党
话说回来
小时候想必大家都有这样的经历
当一个字出现在眼前的
次数比较多时
好像突然就不认识了
这究竟是为什么呢？Q1
回南天为什么这么潮湿？
by 匿名
答：回南天是指冬去春来之际，部分南方沿海地区会变得非常潮湿的气候。这时室内墙壁和地板上会渗出很多水珠，南方人对此苦不堪言。
就我国南方地区而言，造成这一现象的原因主要是两大气流的互相battle。来自南太平洋的湿热气流和来自西伯利亚的干冷气流在立春后变得旗鼓相当，它们在两广地区狭路相逢。随着太阳直射点的北移，湿热气流逐渐占据上风，它们涌进原本干冷的室内，就会遇冷液化，变成小水珠附着在物体上。
但横向比较国外其他类似地理位置的地区会发现，我国的回南天尤为严重。这就要怪粤北地区巍峨的五岭山脉了。如果没有它们，南太平洋的湿热气流会勇往北上，最多也就给南方带来几场降雨。但有了山脉的存在，湿热气流就会被滞留在原地一段时间，这期间，南方人就会感到气候越来越潮湿。除了常规的抽湿机或空调外，如果你想了解一些non-trivial的防潮手段，可以看看参考资料3。
参考资料：
「回南天」是一种什么样的天气现象，产生原理是什么，有哪些应对方式？
by 牧鱼
Q.E.D.
Q2
为什么拧紧的发条不会立刻松开？
by 嘿嘿
答：这是因为手表里有一些机构将发条释放能量的过程变慢了，就像一个小球直接从高处快速直接落下和从一个很缓的坡缓慢滚下的区别。至于这个使得发条能量释放变缓的机构有很多。主要分为两大类：
一种是通过齿轮系统实现，代表就是芝麻链，通过均力圆锥轮利用杠杆原理，改变了力臂进而改变力矩，因此实现发条能量的稳定输出。这里的芝麻链可以想象成微缩的自行车链条，并且齿轮结构也是微缩的各种齿轮组成的系统。
图1:由芝麻链组成的齿轮系统 一个是在擒纵系统实现，将轮系传来的力量提前进行处理，再传输给擒纵系统，这样就能保证缓慢平稳的能量输出。能量传导来，附加的弹簧游丝吸收能量收缩，然后由于金属弹性又将力量释放，由于还有一个附加的擒纵叉控制，所以输出的能量就变得平稳。再将微弱近似恒定的能量传输到指针。
图2:擒纵叉结构图 除此之外还有限位钉，特殊的轮系等机构共同保证发条缓慢而又近似恒定的能量输出，尤其能量的输出越恒定对于工艺的要求也就越高，时间也就越精准，这也是为什么机械表的价格可以很高的最重要的原因。
by freelance
Q.E.D.
Q3
为什么看一个汉字，看长时间会变得感到不认识它了？
by イリヤ
答：好问题。在我还年轻（指头还没秃）能一目十行的时候，如果书里有几个字词频很高，就经常读着读着书突然阿巴阿巴，于是不得不放下书本去打游戏（不是）。
盯着一个字看久了突然不认识，这种现象在心理学上叫做“语义饱和”。我们读书认字的过程，在神经将视网膜产生的电信号送进大脑以后，还要进行解析字形和将字形连结到语义这两个过程，比如“藏痴”的“藏”，大脑要先意识到这是一个上面草字头下面是“臧”的结构，然后把这个结构对应到“cáng”的读音和相应的意思。语义饱和出现在字形到语义的连结过程中，原因可能是神经在短时间内受到了大量的重复刺激，活动受到抑制，从字形到语义的联想被阻断了，识读失去了整体性。粗略地讲，盯着“藏”看得时间久了，大脑负责解析字形的部分仍然意识到了这里有个“臧”顶着草字头的方块字，但是不由自主地觉得草字头比整个字更有趣，就不再向负责理解语义的部分发送“藏”这个字的整体结构。管语义的神经元只能接收到“502 Bad Gateway”，因此就显得不认识“藏”这个字了。
语义饱和并不只在生活中带来麻烦，它还可以用来克服演讲焦虑。如果一个人每次说到“藏”都会口吃，那么可以让他不停地重复“藏~藏~藏~”，让大脑受到麻痹，就可以弱化读“藏”时演讲焦虑造成的口吃。
看了这么多，你现在还认识“藏”这个字吗？
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q4
香蕉球是怎么回事？
by nnn
答：不知道是否有人像小编一样，在球场上如果踢出一个香蕉球进门会激动好几天（虽然可能是诈胡），咳咳，但原理我可是真的知道的。
香蕉球的原理来源自流体力学中的马格努斯效应：当一个旋转物体的旋转角速度的矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力，这个力将会导致物体的轨道发生偏移[1]。
马格努斯效应示意图 | 科普中国 香蕉球名字的来源也正是因为如此，踢出球的弧度轨道类似于香蕉，而香蕉球最具有代表性人物就是贝克汉姆！
香蕉球实战示意图[2] 其实香蕉球的原理看似非常简单，但它的关键就在于你的脚触碰球的那一瞬间发的力不仅要让球高速向前，而且还需要让球急速旋转，加上前方对面球员的回防，你还要考虑球的初始方向和旋转速度等，这是非常难的（答者就控制不好）！最后如果大家想踢好香蕉球，一定要在场上多加练习，不要仅仅纸上谈兵。
参考资料：
[1]王杰.马格努斯效应的研究现状[J].科技创新与应用,2020(15):12-15.
by just_iu
Q.E.D.
Q5
冰面为什么滑滑的？
by 匿名
答：图源自央视新闻 这个问题我们在今年寒假的一期推送短道速滑为什么能“纵享丝滑”？里解释过。这是一个困扰了科学家上百年的问题。
法拉第认为人站在冰面上给冰施加的压强可以使冰熔点下降，冰表面的一部分水融化形成水膜产生润滑效果。但是定量计算表明人带来的压强几乎不会导致水膜的产生，让我们来看看具体的计算过程。冰熔化成水的热力学过程由克拉伯龙方程
给出，等式左方是水P-T相图固液分界线的斜率，L是相变潜热，对应于中学物理介绍的“熔化时吸热不升温”的阶段时吸的热，Δv是熔化前后摩尔体积的变化。对于一个体重70公斤的人，即使踩着一个长50cm，宽1.4mm的冰刀单脚站立，对冰施加的压强也就只有大约10⁶Pa，压强的具体计算过程作为一道初中物理题留给读者作为练习。因此dp=10⁶Pa，再带入水的相变潜热，水与冰的摩尔体积之差和常压下冰的熔点T=273.15K，稍加计算即可得到熔点下降了dT=0.07℃，，相比于北方冬天动辄零下几度十几度的气温，压强带来的熔点变化实在可以忽略。所以这次法拉第大约的确是错了。
水的相图，来源：wiki 现代科学家认为[1,2,3]，温度不太低的时候，冰层与空气接触的表面并不是从规则排列的水分子突变成空气，而是存在一个半熔化的过渡层。过渡层内部具有逐渐变化的结构，从分子排列整齐的晶态冰，到冰水混合物，再到完全的液态水膜。冰水混合物中的微型冰粒通过范德华力和氢键之类的弱作用力连结，形成了可以贮存液态水的多孔结构，就像凝胶珠一样。越靠近空气，过渡层中水分子的排列就越加无序，液态水就越多，固体冰晶之间的连结也越弱，甚至在水膜中出现了可以自由活动的微型冰碴和冰粒。水膜里的微型冰碴和冰粒充当了轴承滚珠的角色，它们将滑冰时宏观上的滑动摩擦转变为微观上的滚动摩擦。这就降低了一部分摩擦力。
冰表面的过渡层示意[3] 在滑冰的时候，冰刀产生的压强作用在过渡层中半熔化的冰水混合物上，这些冰水混合物像被捏爆的凝胶珠一样释放出液态水。这些水增加了原本水膜的厚度，使润滑的效果更好，进一步降低了冰面上的摩擦系数。这样，冰刀就可以在不直接接触晶态冰层的情况下，通过冰层表面自带的过渡层减小阻力，实现流畅的滑行。
参考文献：
[1] Rosenberg, R. Physics Today 2005, 58 (12), 50.
[2] Orem, M.W. J. Colloid Interface Sci. 1969, 31 (2), 278.
[3]王广振,王文亮,高欣,张树永.导致冰面极低摩擦系数的原因:研究进展及模型分析[J].大学化学,2019,34(01):33-38.
by 藏痴
Q.E.D.
Q6
如何自制一个天文望远镜呢？
by Maxwell@
答：简单，把爷爷的老花镜拆掉，把两个镜片叠放在一起就可以了
别笑，最早的望远镜真就是两片凸透镜叠放在一起，这就是最经典的开普勒折射式望远镜。
折射式望远镜是利用透镜对光的折射制作成的，主要有开普勒望远镜和伽利略望远镜。
开普勒望远镜由两片凸透镜构成，光路图如下所示，远处的物体的光线经过物镜汇聚之后再焦点附近成倒立的像，调节目镜与物镜的距离使这个像正好落在目镜的焦距以内，这时，目镜就是一个放大镜，将该像放大，最终，观察者就会看到一个放大的倒立的虚像。
开普勒式望远镜 | 图源自参考资料2 伽利略式望远镜则将目镜换为凹透镜，优点是镜筒短且成正像，但视野比较小。
光学望远镜的另一个重要成员是反射式望远镜，这种望远镜是利用凹面镜反射线制成的，故名反射式望远镜。其原理如下图所示，光线进入望远镜后，经由物镜（图中主镜）凹面镜反射后，在凹面镜焦点附近成像，由目镜（图中副镜）反射进入人眼。
图源自百度百科 当然，想要望远很简单，望天就需要提高望远镜的口径，望远镜的的口径越大，收集到的光就越多，分辨细节的能力就越强。在这方面，反射式望远镜更具备优势，我们可以利用多块镜面拼接成更大的凹面镜。想了解更多的天文望远镜可以看看参考资料1
回到题目本身，想在家制作望远镜，折射式望远镜比较简单，毕竟不管是放大镜还是凹透镜都更容易获得，有了两块放大镜，将他们叠放在一起，中心对准，然后调节两片凸透镜之间的距离即可实现望远的功能，放大镜放大倍率越高，望得越远。不过想用这种方式观察天体，你可能得选个大的或近的，看看月亮啊，金星啊，木星的卫星啊啥的还比较现实，别的可能不太行了。至于反射式望远镜，凹面镜可能不太常见，要不把勺子磨一磨试试？
参考资料：
by 霜白
Q.E.D.
Q7
跳水运动员如何获得空中转体的角动量？和喵咪空中转体，四脚着地的原理一样吗？
by 向往未来
答：一样，又不一样
我们先看猫，如果从高处静止状态释放猫咪，它会在1/8秒的时间翻转身体，然后四脚着地。从整体上分析，猫咪的总角动量为零不应该会转动。但是猫咪毕竟是一个有结构的生物，应该将其拆解来看。下图使用了简化的模型，将猫的身体拆分为两个圆柱，中间的“+”表示四肢。
可以看到，一般猫咪是蜷缩上肢，伸展下肢首先翻转上半身，紧接着翻转下肢，一般最后尾巴会转动翘起。这符合了角动量守恒，因为往一个方向转动上肢时，下肢就会往另一个方向转动，伸展下肢可以增加转动惯量，避免转动幅度过大。
然后让我们再看跳水，花滑，体操等运动
羽生结弦蹬地起跳后迅速收拢双臂，紧绷双腿控制在转动轴附近，快速旋转，并在落地后展开双臂达到稳定转动的目的 与猫猫不同的是，运动员们在起跳时会主动提供一个角动量，再通过肌体四肢的形态控制转动的角度。影响运动员空中旋转动作的因素主要有三个方面：起跳或离开器械时运动员的初始姿态、运动速度、角速度等；空中肢体的动作控制；运动员自身的力学和生理机能。在空中，运动员通过肢体动作如屈体，摆臂，团身等动作，改变身体的转动惯量，调节翻腾和转体的速度，从而达到控制运动姿态的目的。
人体的结构不如猫咪柔软，想像猫那样快速转动身体达到调整姿态是很难的，但是在没有重力的空间站中，却是可以以这种方式快速调节身体姿态呢。
参考资料：
[1] Marey,M. Des mouvements que certains animaux exécutant pour retomber sur leurs pieds. Lorsqu’ils sont précipités d’un lieu élevé . Comp .Rend. Acad. Aci. Paris, 1894, (119) : 714-717
[4]郝卫亚, 王智, 艾康伟. 运动员空中翻腾和转体姿态控制过程中转动惯量的变化[J]. 中国运动医学杂志.
[5]辛蒙. 核心稳定性训练对艺术体操转体动作完成质量影响的研究[D].西安体育学院,2016.
[6] 中国空间站 - “天宫课堂”第一课 - 2021
by 岷客
Q.E.D.
Q8
两个波相消之后，能量去了哪里？
by 匿名
答：在波相消的位置消失的能量，转移到了波干涉相长的位置。
为了比较形象直观，我们用光作为例子。光以波的形式在空间中传播，使得其发生干涉或者衍射现象。它们在某些地方相消，在某些地方相长，但总的能量总是守恒的。我们可以形象地理解为：干涉、衍射等效应把能量从暗条纹处转移到了亮条纹处了。
在大自然中，光存在衍射、干涉等现象。这些现象中就包含了光的“相消”问题。在高中的时候我们便已经学习过能量守恒定律。其表述为：能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。这个问题中，若光发生了干涉，使得光在某处出现暗条纹，我们自然而然地认为能量“消失”了。但其实不然，光的能量只是从一个地方转移到了另一个地方。
我们举一个著名的例子：杨氏双缝干涉实验
图片源自wiki 同一光源（保证初始的相位相同）的光穿过挡板的两个缝隙，成为两束光，分别到达屏幕上。
当两束光到达同一个点时，它们俩走过的路径不一样，在相位上存在一个差别，使得它们在某些地方出现相消，在某些地方出现相长。从而人们在屏幕上观测到明暗相间的条纹。相消的地方出现暗条纹，能量密度低，相长的地方出现亮条纹，能量密度高。如果我们把每一个点的能量求和，那么不发生干涉现象和发生干涉现象的总能量是一样的。我们可以形象地理解为：干涉效应把能量从暗条纹处转移到了亮条纹处。
为方便我们用两束有角度的平面波干涉作为例子。
一个点上的光强正比于复振幅的模平方的，即
空间中的平行光的复振幅分布可表示为
其中是光源到空间中某点的矢量。再由叠加原理可知，光在空间中某点的复振幅是可以直接相加的，
对上面的式子取模平方，可以得到
因此，我们可以得到两束频率相同的平行光干涉后的光强表达式为
其中为衬比度，相位差为坐标的函数
我们可以直观地画出光强在空间上的分布曲线
从而，我们可以清晰的看出，相消的位置与相长的位置的光强的总和并没有变，他们的和正好与没有干涉效应时是一样的。也就是说能量从相消的地方“流”到了相长的地方，从而使得总能量并没有改变。
by Paarthurnax
Q.E.D.
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编辑：穆梓
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