为什么鱼死了会把肚子翻过来？| No.393

Original Frions 中科院物理所 2024-03-29

正常情况下
鱼儿是靠什么来保持平衡的呢
死去之后
又会发生什么理化变化呢？

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1.绝对光滑的球体会从坡上滚下来还是滑下来？
2.Science一词最早出自哪里？为何翻译为“科学”？
3.为什么黄色的南果梨做成冻梨后会变成黑色？
4.树木在恒温恒湿恒光的环境下，还会有年轮吗？这种情况下如何知道树木的寿命？
5.为什么会有植物选择冬天最冷的季节开花？
6.为什么鱼死了会把肚子翻过来？
7.以前的手套不能触屏（电容屏），现在很多都可以，针织的手套可以理解，带有导电纤维，但是真皮手套是通过什么方式做到的呢？
8.为什么二氧化碳灭火器里的二氧化碳能保持液态？

Q1

绝对光滑的球体会从坡上滚下来还是滑下来？

by 西柚内果皮

答：
对小球受力分析如图所示。如果小球绝对光滑，将不受摩擦力，只受到支持力和重力的作用。对于小球而言，这两个力将指向质心，也即，不能使得小球发生旋转。小球将发生无滚滑动！
by 小范
Q.E.D.

Q2

Science一词最早出自哪里？为何翻译为“科学”？

by 莱茵金狗克丽斯腾

答：
据学者考据，science 一词正式出现在英语中是在公元 14 世纪，来源于拉丁语 scientia，但science 作为现在所指称的（自然）科学的意思被广泛使用则是 19 世纪以后的事情。一种说法是在法语 science 一词的普及以及法国科学发展的影响下，scientist 被创造出来指称原来被称做自然哲学家（natural philosopher）的人，science也开始作为（自然）科学的意思被广泛地采用了。
起初，“科学”并非是对 science 的唯一翻译，另一个被较长时间采用的译名是“格致”，取朱熹“格物致知”一意。“科学”一词最早来自于日本，明治维新时期已被作为（自然）科学的意思确定下来。据考证，最早是康有为将“科学”的译名引入，但早期对传播”科学“这一名词影响最大的则是严复。”科学“与”格致“作为汉语中的对近代（自然）科学的指称并存了一段时期，”科学“逐渐占据上风，辛亥革命后 science被统一翻译做”科学“。
参考资料：
science 辞源及其转变
科学与技术的源流
by yrLewis
Q.E.D.

Q3

为什么黄色的南果梨做成冻梨后会变成黑色？

by 匿名

答：
低温产生冰晶，破坏了梨肉细胞，促使多酚氧化酶PPO将酚类物质转化为醌，产生了褐变。褐变的具体过程可以参考之前的回答。
by 某大型裸猿
Q.E.D.

Q4

树木在恒温恒湿恒光的环境下，还会有年轮吗？这种情况下如何知道树木的寿命？

by 少年

答：
年轮是多年生植物生长和休眠的周期性变化的体现。在四季分明的地区，因为植物冬季生长缓慢甚至休眠，从而产生了一年一轮的情况，进而可以用年轮来判断树木寿命和不同时间环境胁迫情况。至于如何看年轮，不需要拦腰砍断树木，而是如图用专用的空心钻，取一条通过树心的木条观察即可，这样不会影响到树木的正常生长。
本猿本科钻树心的过程和产物，温带植物青海云杉的年轮还是非常好识别的。
但温带植物在恒温恒湿恒光的环境下，会选择持续生长不会有年轮。多数热带植物本身就没有年轮，仅有部分热带植物会因为持续降雨或干旱，而产生年轮或者假年轮。但热带植物的年轮可能是一年一环、数年一环甚至一年数环，使得年轮有时也并不能反映其寿命。为了解决这个问题，一般会选择使用放射性同位素测年法（¹³C和¹⁸O），不同年份，大气中C、O同位素的丰度不同，这种差异会被植物通过光合作用固定到木质部中，导致木质部不同区域¹³C/¹²C、¹⁸O/¹⁶O比例不同，可以籍此来判断树木年龄。
热带植物的年轮示意，白色箭头是年轮，空心白色箭头是假年轮
参考资料：
Brienen et al. Tree Rings in the Tropics: Insights into the Ecology and Climate Sensitivity of Tropical Trees. 2016. Tropical Tree Physiology
Rozendaal et al. Dendroecology in the tropics: a review. 2010. Trees
by 某大型裸猿
Q.E.D.

Q5

为什么会有植物选择冬天最冷的季节开花？

by 匿名

答：
这是一种生殖策略。
植物开花的目的是传播花粉来实现交配，为了实现这一目的，主要依赖于风和昆虫，也就是所谓的风媒花和虫媒花。风媒花的花朵较小、种类较少，主要是杨树柳树为代表的葇荑花序，除了花粉症患者，一般人不太会注意到。虫媒花是更常见的，冬天开花的也主要是虫媒花。
大多数虫媒花在花季，为了吸引有限的昆虫来传粉，会选择在气味、颜色上竞争，味道更浓郁、颜色更鲜艳、花朵更大，才更有可能吸引到昆虫来传粉，留下子代，在自然选择上更具优势。
而有一些植物另辟蹊径，选择竞争没那么大的冬天来开花，这同样也能很好地吸引昆虫，毕竟对于昆虫来说，冬天也没什么其他的花可以挑了。
那下一个问题是，为什么其他植物不选择在冬天开花呢？原因是代价太大，收益太小。冬天温度低，为了维持花朵开放，需要消耗大量宝贵的能量，温度越低这个代价越大。而冬天昆虫数量也非常有限，不足以支撑大家都在冬天传粉，也就是收益太小。所以只有在冬天没有那么冷的地区，比如中国的长江中下游以及更南，才会有植物选择在冬天开花。北京啊，东北啊，那种太冷的地方冬天户外是没有花的……
中国常见的冬天开花植物是蜡梅（也作腊梅），这种植物不是梅花更不在蔷薇目，而在樟目蜡梅科，也就是说它和香樟，而不是梅花，有更近的亲缘关系。虽然分布在大江南北，但是只有南方的蜡梅会在冬天开花，北方（比如北京）的腊梅只能在早春开花。
by 某大型裸猿
Q.E.D.

Q6

为什么鱼死了会把肚子翻过来？

by 显示

答：
鱼在死后肚子朝上的现象通常是由于其内部组织在死亡后发生的一系列生物化学和物理变化所导致的。
正常情况下，鱼会通过胸鳍、腹鳍、尾鳍等几对鳍来保持平衡，并靠鳔调节身体的密度以在水中保持位置。然而，当鱼快要死亡时，它失去了控制肌肉的力气，鱼鳔（俗称鱼泡）通常会充满气体，鱼鳍的平衡功能失去原有作用，导致鱼的背部因较沉而翻到水下，而较轻的腹部则露出水面，形成鱼翻肚的现象¹。死后，鱼鳔仍然充满空气，导致鱼的肚子继续朝上浮在水面上。需要注意的是，有些鱼在死亡挣扎时间较短时，鱼鳔来不及充气，鱼会沉到水底。而经历过挣扎的鱼通常会翻白肚子浮在水面上，只剩下胸鳍在划动。
鱼的X射线衍衬成像²
此外，鱼在死亡后，身体将发生腐败。此时，鱼体内的细菌开始分解软组织，产生的气体（如甲烷和硫化氢）在在肠道和腹腔中积累。由于气体比水轻，这些气体会使得鱼的腹部变得膨胀，增加其浮力。
参考资料：
为什么鱼在临死的时候会翻出白肚皮？- 新闻频道
4W1A-X射线成像实验站----北京同步辐射装置 (cas.cn)
by 鱼非我
Q.E.D.

Q7

以前的手套不能触屏（电容屏），现在很多都可以，针织的手套可以理解，带有导电纤维，但是真皮手套是通过什么方式做到的呢？

by 白日梦

答：
首先介绍一下电容屏的原理。我们的触摸屏是一个多层结构，其中内部含有透明的导电玻璃层（如：纳米铟锡金属氧化物，ITO），而表面则是一个非导电层。我们都知道，如果有两个导电极板，中间有绝缘介质，就会形成一个电容器，那么上述结构相比电容器只差另一个“导电极板”。换句话说，只要有另一个导电极板贴近表面，就可以在局部组成完整电容器。
电容式触摸屏结构
由于人体是弱导电体，因此手指靠近手机表面就可以形成电容器，此时指尖和ITO层表面都会有电荷聚集。然而电荷分布情况与指尖位置以及按压程度有关，其中按压相当于改变极板间距。当我们按动或者移动手指，电荷分布改变会产生电流，手机通过计算流过屏幕四角的每个电极的电量就可以精确推算手指的位置。
腈纶加导电纱材质的手套
普通的如棉质手套正是由于本身不导电，且隔绝了手指与屏幕表面的近距离接触，使得有效的电容无法形成，导致触屏失效。如果在棉质手套中掺入腈纶与金属导电材料混纺得到的导电纱，就可以间接将人体的电荷传到到手机表面，此时的电极是手套表面的诸多导电丝线。
小编的触屏手套
但是确实有些触屏手套的材质摸起来是皮革的质感，不像是丝质材质。（比如小编的手套）这可能是一种超细纤维与导电纤维合成的皮革。其中超细纤维指聚氨酯与尼龙或聚酯等，加入质量比为2-20%的导电纤维后制成无纺布，再经过浸渍、抽出开纤处理、磨面、染色等一系列工序最终可以得到导电的皮革材质。只能说，在赞叹物理神奇的同时，也要给先进的加工技术点个赞！
参考资料：
电容式触摸屏
导电型超细纤维合成皮革及其制造工艺
by 云开叶落
Q.E.D.

Q8

为什么二氧化碳灭火器里的二氧化碳能保持液态？

by 林叶泉

答：
因为是加压存储。二氧化碳在十几到几十个大气压、室温下以液体形式存在。灭火器内部有耐压钢瓶，液态二氧化碳平时就储存在钢瓶中，使用时液态二氧化碳通过虹吸管吸出，并吸热变为气态从喷嘴喷出。因此使用二氧化碳灭火器时务必不要直接触碰钢瓶，以防冻伤。
图源百度百科
by 藏痴
Q.E.D.