手心手背都是肉，只有指头起褶皱？| No.374

Original Frions 中科院物理所 2023-10-15

收录于合集 #问答 353个

在水里浸泡之后
为什么只有指头会起褶皱
而其他地方不会呢

Q1

煮稀饭为何淤锅（泡泡外溢）而煮水无论盖不盖盖子都不会淤锅？

by 匿名

答：
回想起小时候被妈妈叮嘱看锅但因看电视忘记终于溢锅一片狼藉最后被骂这件事。溢锅这个现象原因也简单，往往发生在煮粥、煮面后期剧烈沸腾的时候。
这个时候，水与面粉充分混合形成较为粘稠的混合物，而水大量汽化为水蒸气并形成大量泡泡。正常情况下，比如烧水的时候，泡泡会轻易上升到表面然后破裂。但是煮粥时候形成的糊糊表面张力和黏度都比水大，泡泡难以上升到表面，也难以破裂，最终越积越多，越升越高，最终导致溢锅。
往往这时候我们打开锅盖，气压和温度马上会降低，泡泡很快就会一层一层脆裂而退去。如果还不行，就拿个凉勺子搅拌一下就可以立即见效。不过这些都需要在锅前守着，最好的办法还是控制好水的量使之和锅匹配。听说加一点油也可以起到效果，如果有更好的办法，欢迎大家在评论区交流~~
by 小范
Q.E.D.

Q2

将压缩的弹簧放入硫酸中，被腐蚀没后，弹性势能会转化为什么能？是如何转化的？

by 7元船长

答：
会变成热，耗散在溶液中。弹簧的弹性势能来源于弹簧中原子间的相互作用。对于我们常见的金属弹簧，原子倾向于整齐地排列成晶格。原子待在平衡位置上能量最低，当人们挤压弹簧时，弹簧发生形变，在微观上就是晶格发生畸变，原子偏离平衡位置，因此能量升高。弹性势能就是这样储存在弹簧中。
弹簧被腐蚀时，构成它的原子(成为离子)离开固体，被压缩的弹簧中原子由于偏离平衡位置，处在更高能量的状态上，脱离固体所需能量更少，因此脱离后动能更大。最终溶液中微观粒子具有更大的动能，也就是弹簧的势能转化为溶液的内能。
by 利有攸往
Q.E.D.

Q3

为什么搬重物时把重物贴在身上就觉得没那么重了

by 胡桃

答：
这其实是个力学问题，只不过由于人体结构的复杂性有点迷惑性。虽然看整体而言，人要承受的都是这个重物的重力，但是不同姿势下人局部肌群所要付出的代价却是不同的。先举一个比较简单的例子：健身房基本动作——哑铃侧平举。
哑铃侧平举示意（确信）
一个5kg的哑铃如果只是拎在手里，甚至可以忽略其存在，但是如果两臂平举保持不动，几秒钟后就会有明显的疲劳感。这是因为手臂平伸时以肩膀为转动中心，哑铃的力臂基本是整个手臂的长度，然而肩部肌肉发力的作用点却离转动中心很近。这意味着肩部肌肉要使出数倍于哑铃重力的力才能保证两个力矩相抵。自然会觉得累。
搬重物的情况
下面看看相对复杂的搬重物的情况，一旦重物放在手里，我们就会不自觉后仰（非战术~），因为要用上半身的重力去平衡掉持有重物时带来的力矩，保证腰不会弯下去。重物离身体越远，往后仰的程度越大，否则腰部和背部可能会付出巨大代价而受伤。虽然这两个力相对腰部的力矩平衡了，但不同后仰程度的疲劳程度却不同，因为这两个力相对其他关节比如肩关节都是有力矩的，所以上半身的很多肌群包括颈部肌群都要因为后仰以及手臂的相对平伸而发力。不难看出，身体越接近直立，即物体越接近身体，各个部分要克服的力矩就越小，这便是会省力的原因。
by 云开叶落
Q.E.D.

Q4

请问在零重力的太空中，怎么去测物体的质量呢？

by 匿名

答：
在人类遇到过的大多数情况中，让航天员在太空动手测质量并不是一件特别有必要的事。人造航天器及携行物品的质量很容易在发射前测出；燃料的质量可以由体积和密度算出；月球及火星上的采样活动如果必须称重，可以用当地星球上的重力换算——这是中学物理的内容。
必须在失重环境下进行的质量测试可以不用二力平衡，而是利用牛顿第二定律。将待测物体（比如航天员本人）固定在测试结构上并使其获得一加速度。用测试结构施加的力除以这一加速度即可。这一过程中所需的测量量仅有力、位移和时间，都可以利用压电或光电元件在太空中方便准确地测出。
by 藏痴
Q.E.D.

Q5

我们的皮肤在被水长时间浸泡后表面会起褶皱，但是我们的舌头24h都浸润在唾液中，为什么舌头的表面却是光滑的？

by 匿名

答：
长时间被水浸泡后，起褶皱的并不是全身皮肤，而仅仅是手指和脚趾的皮肤。
起褶皱的过程并不是一个单纯的由于细胞内外渗透压差引起的细胞吸水现象，而是由神经系统调节的反射。当破坏手指的交感神经后，这种褶皱现象就会消失[1]。这也是为什么舌头和口腔内壁时刻处于潮湿状态却不会起褶。因为舌头上没有这种神经反射。起皱现象在人类和灵长动物身上都有被观察到。
那么再聊一点题外话。既然这种起皱反应是由神经控制的，那为什么人体会进化出这种神经反射呢？有科学家研究了这种褶皱的纹路，发现这种纹路与海角天然形成的排水通路走势相近[2]。
图(a)为自然界中海角排水网络示意图；图(b)为手指起皱后上面的沟槽和边界。蓝色为排水沟道，黑色为突出部分。| 图源:参考文献[2]
在潮湿环境中，当手或脚接触到有水的表面时，水可以由这种褶皱快速导出，这样可以避免打滑，更方便我们进行物体的抓握。
参考资料：
Braham J, Sadeh M, Saravoa-Pinhas; Skin wrinkling on immersion of hands: a test of sympathetic function. Arch Neurol 1979;36:113–114.
Mark Changizi, Romann Weber, Ritesh Kotecha, Joseph Palazzo; Are Wet-Induced Wrinkled Fingers Primate Rain Treads?. Brain Behav Evol 2011; 77 (4): 286–290.
by 冬眠爱好者
Q.E.D.

Q6

万有引力常数G会随时间变化吗？引力常数是在太阳系内测出来的，那么在宇宙的边缘还是这个数值吗?如果有变化,变化范围能有多少呢?

by 爱因斯坦喝果汁

答：
从实验角度出发，没有证据证明引力常量G不随时间变化。我们在推文科学家做一个实验，我就得胖三斤？中介绍过，用一种新的测量方法测到的引力常量比传统扭秤法测到的数值大约2.2%。目前不能确定这一差距是来源于不同方法的系统误差还是引力常量本身的变化。
推荐数值CODATA-02和CODATA-06及其采用的几个测量不确定度小于50ppm数据
目前许多理论也预言了引力常量可能的变化。在标量-张量引力网络理论中, 引力常数被认为是由一个标量场的平均值的倒数所决定, 而标量场又是与宇宙的质量密度相关的，这可能暗示宇宙不同位置的引力常量不同。
by 藏痴
Q.E.D.

Q7

万有引力在考虑天体自转和不考虑天体自转有什么区别

by 諸

答：
如果站在经典牛顿力学的视角下看，没有区别！我们可以用微积分严格地证明一个质量为M的球体在球外某一点处产生的引力场等价于M集中于球心时所产生的引力场，而不管这个球体是否旋转，因为不影响质量分布！
但是广义相对论告诉我们，情况不是这个样子的。直观来说，回忆那句解释广义相对论最著名的话：“物体告诉时空如何弯曲，时空告诉物体如何运动”，从这个角度上，物体与时空相互影响，由此转动起来后的天体就像扔入水中的陀螺一样，不可避免地影响周围环境（当然这只是直观上的理解）。我们这种旋转的质量对时空额外造成的影响为参考系拖曳。对于带电的小球，静止时小球只产生电场，旋转起来后却会产生磁场，类比而言，研究旋转质量所带来的影响相关领域被称作“引力磁学”。
广相的理论很优美，但是推导起来也着实复杂，因此这里我们只现象上的介绍。首先参考系拖曳对于小质量、低速的牛顿世界会带来微小修正。其中一个比较著名的为Lense-Thirring进动。考虑一个在绕地轨道上旋转的陀螺（比如在卫星上放置一颗自由的陀螺）。陀螺的旋转轴会绕某个轴旋转，这种现象称为进动。
陀螺的进动示意图 | 图源网络
而进动的角速度在考虑地球旋转后会带来额外的精细项：
因此对这一项的测量也成为验证广义相对论的方法，历史上的实验见参考文献[1]。
除此之外，在极端条件下也会有显著影响。比如对于黑洞而言，旋转与否有很大差异。旋转起来的黑洞被称作克尔黑洞，考虑在克尔黑洞赤道面上做圆周运动的质点，我们称轨道角动量与黑洞相同为顺行，反之称为逆行。此时，顺行与逆行的运动方程（测地线方程）将会不同，如果探究相应的最小稳定圆轨道半径问题，即允许质点进行稳定圆周运动的最小半径为多大，为了使问题更加简单，考虑一个极端克尔黑洞（）, 顺行最小圆轨道可达, 逆行却只能达到. 想深入了解可参见相关教材。
参考资料
Everitt C W F, DeBra D B, Parkinson B W, et al. Gravity probe B: final results of a space experiment to test general relativity[J]. Physical Review Letters, 2011, 106(22): 221101.
by 小范
Q.E.D.

Q8

蔬菜沙拉里切碎的生菜会在碗里进行光合作用吗？如果胃里有光，它被消化之前会进行光合作用吗？

by Xiaoice Lover

答：
先说答案，离体的植物组织依然可以维持相当长时间的活性，包括光合作用和呼吸。
光合作用本质上，是含有光合色素的蛋白（一般为PSⅠ和PSⅡ）利用光能，将氧化还原电位抬高，抬高的电位可以在其他蛋白的介导下转化为化学能。这一过程仅在叶绿体内膜上完成，所以理论上，条件适宜时仅有叶绿体存在，依然可以较短时间内维持光合作用，如果保持了细胞或者组织完整，则可以进一步延长光合作用的时间。
离体组织的活性保持其实有很多应用，园艺上常见的扦插，便是将根茎叶等组织插入适宜基质中完成植物的繁育。植物学中的组织培养也是在植物激素诱导下，实现植物细胞脱分化和再分化并发育成个体。
所以沙拉中切碎的沙拉，不仅可以保持光合作用和呼吸，还可以通过组织培养，再次发育成一整颗生菜。
by 某大型裸猿
Q.E.D.