"我就说我脱发跟熬夜一点关系都没有！"| No.324
我妈总说
我掉头发是因为熬夜
因此让我早睡
不过我却觉得
我脱发是因为学了物理
所以为什么说熬夜会脱发呢？
Q1
快餐店饮料中的冰块不是规则的的正方体，有一面会有一个凹槽，这是什么原因？
by 匿名
答：原因其实是制冰模具的形状导致的。快餐店饮料中的方形冰块是用制冰机批量制造的。其中实现制冷的核心部位是一个方格状的制冰槽。
图1 从制冰槽中脱落的冰块 | 图片源于资料【3】 如果从侧面看某一排制冰槽，其金属隔板就是实现与水传热的部位，因此热量会按照下图所示的方式传递。
图2 制冰槽中的主要热量流向示意 于是不难想象，冰会从侧面和底部的金属璧处向中间和上方生长，于是形成了在快餐店中常见的凹槽状的冰块。
图3 不同厚度的冰示意 参考资料：
by 云开叶落
Q.E.D.
Q2
请问空调制冷和除湿功能有什么区别？哪个更省电？
by 匿名
答：你可以把除湿理解成制冷青春版，它的工作目标是让吸入的空气冷凝出液态水，但相比制冷不需要那么冷，所以一般而言除湿会更省电。
除湿和制冷的工作原理是一样的，冷凝管中的制冷剂在室内会被膨胀阀降压从而汽化，这一过程吸热，然后流到室外压缩机加压液化，这一过程放热。制冷剂在室内吸热的时候，空气中的水蒸气会遇冷液化，这些液化的冷凝水会被收集起来排出去，这也就是空调水的由来。整个过程下来，不仅制了冷，还顺带除了湿。
由于只需要维持室内的冷凝管的温度足以让水蒸气液化，除湿模式下所要求的冷凝剂温度不用那么低，压缩机的工作时间间隔也可以长一些。所以就我查到的大多数空调而言，设定除湿模式更省电，但也有厂商对除湿的工作目标设定得更猛，反而在除湿模式下耗电更多。
此外，也有一些高档空调支持再热除湿，也就是把除湿过的空气再加热回来，以提供更舒适的干燥温和空气，但这样一来也就更费电了。
某空调的无冷感除湿技术 | 图源[1] 参考资料：
by 牧羊
Q.E.D.
Q3
为什么熬夜会掉头发？
by 匿名
答：熬夜并不一定会导致脱发，比如正在熬夜写回答的小编，发际线就是非常健康哒（骄傲脸.jpg）。
人体每天都会掉落50~100根头发，这种脱发是由于头发达到正常生长周期中的休止期而脱落的，叫做生理性脱发。同时也会有相应数量的头发进入生长期补充发量，二者维持动态平衡，头发不会减少。
当头发每天脱落数量超过100根时，其中便有非生理性脱发的影响，也就是我们主要讨论的脱发的来源。其主要有五类原因：雄性激素脱发（又称脂溢性脱发）、免疫缺陷性脱发（斑秃）、损伤性脱发、营养异常性脱发和药物性脱发。
熬夜对脱发的影响主要和前两类原因有关。
一方面，长期熬夜会导致体内激素水平失衡，雄激素代谢物双氢睾酮（DHT）含量升高，头皮毛囊会在DHT刺激下提前萎缩，导致脱发。当然，人体正常情况下也会产生一定量的雄激素，因此哪怕作息规律，也会有一部分人在性成熟后逐渐开始脱发。
另一方面，熬夜在很多时候，并不是可以自己选择的，其背后的本质是精神、情绪、压力的问题，这些精神压力便有可能诱发斑秃。已经有研究表明，压力会导致休止期脱发，即头发提前从生长期进入到休止期，引发脱发。
所以，如果不可避免要熬夜，也请保持积极乐观的心态，哪怕其他方面不如意了，最起码你还能保住自己的头发。（手动狗头）
参考资料：
[1]于笑乾,马宇晨,丁文玉,胡艺琼,贾焱,何聪芬.非生理性脱发种类及其发生机理研究进展[J].日用化学工业,2021,51(11):1118-1124.
by 乐子超人
Q.E.D.
Q4
轮胎有气没气会影响电动车的速度吗？
by 葱葱
答：先说结论，会。
当轮胎在前进过程的时候，所受到的摩擦力并不是滑动摩擦力，而是滚动摩擦力（也是静摩擦力）。对于滚动物体来说摩擦力不是影响速度的主要因素，而是力矩。当车胎向前滚动时，车胎与地面的接触挤压导致支持力并不会沿着车轴垂直向上，它会产生一定偏移从而形成力矩。从下图中可以看到这个力矩与前进的旋转方向是相反的，所以是阻力矩。
图源自参考资料 力矩用M来表示，M=LxF。力矩的大小为力F和力臂的乘积，图中的力臂就是红箭头与黄中线的距离。当轮胎没气以后，与地面的接触面积会变大导致车子前进的时候支持力的位置会进一步前移（原理呢，可以想象一下自己的脚慢慢抬起的时候是不是力从脚跟逐渐转移到脚尖~）。
图源自参考资料 因为电动车本身的重量没变，支持力大小不变，而力臂位置变长，阻力矩进一步加大。
根据功率公式，P=F1v=M1w（P是功率，v是速度，w是角速度，M1是电动车提供的转动力矩）。如果电动车保持同样的功率P，随着轮胎气的减少，需要提供更大转动力矩M1来克服阻力矩，转动力矩一变大，角速度w就相应的减小，反映到行驶速度上就是速度减慢。
tips：轮胎没气不仅会影响速度，也是非常大的安全隐患，发现没气要及时补气哦！
参考资料:
by justiu
Q.E.D.
Q5
在同等功率下，为什么微波炉加热食物，有的加热快，有的加热慢。比如肉类，巧克力派等，十几秒就很热了。而水，汤，这类加热就很慢。
by sunnyxustin
答：影响加热速度的两个重要的因素是含有物质的极性以及比热容。日常的食物一般都是非导体，微波炉中的微波可以渗透进入食物的内部。本质是电磁波的微波，其频率在2.45GHz左右，可以诱发极性分子在交变电场中的快速转动。
图1 极性分子水在交变电场中的转动 | 图源自资料【4】 在转动的过程中，分子之间会相互作用而产生热量，这便是微波加热的原理。可见，具有极性分子是食物可以被有效加热的重要条件。大多食物都含有水，且由甘油和脂肪酸组成的脂肪分子（三酰甘油酯）以及蛋白质、糖类等的链段都具有极性，可以在微波的作用下翻转并通过分子或者链段间的作用产生热量。可见，多数食物都是可以被微波加热的。
图2 脂肪分子结构示意 | 图片源于资料【5】 然而，我们常说的“加热完成”往往是指升高到一定的温度，这就涉及到各种食品的比热容，即每升高1°C需要吸收的热量。为了给出比较细致直观的数据，小编利用一篇论文（参考资料【1】）中给出的各种食品成分在不同温度下比热容的拟合公式计算得到了下表中的数据
可见，水的比热容远远高于蛋白质和脂肪，而碳水化合物（即糖类）的比热容最低。因此，汤水类的或者含水量较高的食物虽然在水分子的运动中可以吸收来自微波辐射的能量，但是单位能量带来的温度升高只有其他食品的一半。而肉类、巧克力派等含有蛋白质、脂肪、糖类较多的食物则可以较快升温。尤其是脂肪含量很多但是水含量较少的食物在加热时容易由于加热过快而变糊，要特别注意。
参考资料：
【1】Zhu X. Prediction of specific heat capacity of food lipids and foods[D]. The Ohio State University, 2015.
by 云开叶落
Q.E.D.
Q6
眼镜如何纠正散光？有没有可能完美纠正？
by 匿名
答：百科中介绍道：
散光（astigmatism）是一种由于眼睛屈光力旋转不对称造成的屈光不正，患者的眼睛不能将光均匀地聚焦在视网膜上，而导致在任何距离都会出现视力扭曲、失真、模糊。
不同方向上屈光力旋转不对称 | 图源[1] 翻译成大白话就是，你的晶状体的表面不再是一个均匀的弧面了，而是在某一个方向弧度更大，在另一个方向弧度更小，就好像矮胖的地球一样，经线的弧度和纬线的弧度不一致。这样会导致物体在经线方向上散开的光经过晶状体聚焦后的像点，和纬线方向上的不一致，于是你的视网膜就不能同时在各个方向上接收到清晰的像了。这在光学仪器中也叫像散。
散光例1，水平方向清晰，竖直方向模糊 | 图源网络 散光例2，以左下图为例，如果你的眼睛选择在水平方向上清晰，那么竖直方向就会模糊 | 图源[1] 再极端一点，柱透镜就是一个在母线方向上完全不弯曲，在横向上弯曲的透镜。那么它只会在横向方向上成像，而在母线方向不成像，任由光线扩散开去。这样一个点光源就会被成像为一条平行于母线的线。
柱透镜成像例1 | 图源[2] 柱透镜成像例2 那么对应的，要想校正散光，就得戴上在不同方向上打磨成不同弧度的透镜，来校正不同方向上的屈光程度。下图中的例子就是只减弱水平方向的屈光度，而保留原始竖直方向上的屈光度。
所以，只要你的散光度数不是高得离谱，是可以纠正到满足日常清晰成像的需求这种程度的。
参考资料：
Images formed by cylindrical lens | Physics Forums
by 牧羊
Q.E.D.
Q7
我们知道，白光是由多种不同颜色、波长、频率的光，复合而来。那么光源是如何发出这些波长、频率不同的光呢？
by 奇怪的水
答：首先需要澄清，不同颜色、波长、频率本质上是一回事，或者说是一一对应的。既然说颜色，说明是针对可见光，即波长大致在400-700nm范围的光。由于一般照明用的光线都是在空气中传播的，因此光速近似等于真空光速，是一个常数。此时，由如下公式
可知，波长与频率成反比，基本一一对应，且波长又和颜色一一对应。
图1 可见光在电磁波频谱中的位置 生活中常见的白光照明光源有白炽灯和白光LED两种，其原理并不一致。白炽灯的原理是热致辐射。由钨丝等材料制成的灯丝在通电的状态下由于焦耳定律产生热量，这使得灯丝被不断加热直至达到2000度以上的状态。此时原子核外的电子将会被激发至激发态，并在跃迁回较低状态时以电磁波的形式辐射能量，即发光。
图2 不同类型的跃迁 如上图所示，由于原子外有众多的轨道，因此能级跃迁的初末能级并不唯一，而不同能级间（能级间能量差为ΔE）跃迁会依据下述公式
产生特定频率的光子，其中h为普朗克常数。因而ΔE的多样性就造就了辐射光频率的多样性，即产生了白光。
图3 发光二极管电致发光原理示意 | 图片源于【5】 白光LED的产生情况则有所不同。LED灯的光源原理是电致发光，其物理本质是：电子过剩的n型半导体和空穴过剩的p型半导体组成的PN结中，当正向电流流过，电子和空穴在电场的作用下向交界面运动，并在界面处复合放出光子。该光子的能量近似为半导体带隙对应的能量，因此相应的频率较为集中，为准单色光。不同的半导体由于带隙不同，发出的光颜色不同，因此有蓝色、红色等LED光源。
图4 荧光粉转换型（上）及多芯片型（下）白光LED原理示意 | 图片源于【4】 那么准单色的LED光源如何发出白光？常见的方法之一是在上面涂有可以发出其补色光线的荧光粉，比如在蓝光LED表面涂有黄光荧光粉，这样蓝、黄光混合可以形成白光，称为荧光粉转换型。另一种方法是将光的三原色——红绿蓝光的LED发出的光混合形成白光，称为多芯片型。看来，如此常见的白光真的蕴含着丰富的物理原理呀！
参考资料：
白炽灯、霓虹灯、节能灯的发光原理有什么不同？|白光|红光|灯丝
by 云开叶落
Q.E.D.
Q8
理论上来说，地球上的山最高可达多高？
by 匿名
答：山有多高受很多因素影响，最显而易见的因素就是重力。山在地球上要受到重力作用，越往下，延时受到上部的岩石重力就越大，当重力达到一定程度就可能将岩石压成粉尘，也就无法托住山体了。除了重力以外，还会受到大气风化腐蚀、板块构造、岩浆或熔岩的粘度等因素有关。大气的风化腐蚀会使高层的岩石风化，板块的运动可以形成火山岛链，使得地底岩浆不止在同一个地方喷发，因此山体不会一直在同一个地方堆积，岩浆的粘度会影响山脉的坡度，岩浆粘度越高，喷发出来冷却后形成的山体坡度就越大，也越容易堆积得高。
现在我们看看仅考虑重力，山体理论上能达到多高。
高山若要不倒，则处于地球表层基准海平面的岩石分子，所承受的来自山体的压力不能超过岩石分子自身的极限，如果山体的压力可以使基准海平面的岩石分子从固体变性为塑性流体，则山不能维持。这就要求山体最高处的岩石分子重力势能（G）不能超过使岩石分子液化的能量（E）。
岩石分子的重力势能可以写为：
其中A为分子相对质量，为质子质量，H为高度。
E便是岩石物质键合能B的某个较小比例，即表示为
其中B为岩石物质的键合能，对于金属和矿物质，μ一般在0.05数量级。而B可以写成
其中γ为比例系数，对于岩石一般可以取0.2，为里德伯单位，约为13.6eV。
按照一座二氧化硅山体为例，去岩石分子平均分子质量为60，即A为60。则综合上式，计算可得，山体的最大高度约为
所以，在我们只考虑重力的时候，地球上的山似乎不能超过20000米，除此以外，牛文元先生也提供了一种按岩石风化的方法计算山的理论高度。有兴趣的可以查看参考资料。
但上述计算是仅考虑重力的情形下计算得到的，实际上由于第一段列出的原因，地球上的山脉实际高度肯定小于这个数值，目前地球最高峰仍是珠穆朗玛峰，高度尚不超过10000米。
参考资料：
为什么火星上的山可以那么高，而地球上的山峰最高也无法超过9000米？
by 霜白
Q.E.D.
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编辑：穆梓
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