输液时手欠捏滴壶？看看有啥后果 | No.423

小时候面对输液最是抗拒

手脚被束缚只能数着液滴

问题也一个个冒出来

滴壶、滚轮都是干什么用的呢？

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Q1 如果严丝合缝地坐在飞机的马桶上并按冲水，会不会整个人被吸在上面？
Q2 为什么周期表里像碳，钨这些元素好像不符合洪特规则？
Q3 人体的体温是36.5℃，为什么气温也是36.5℃人体会感到非常炎热，不应该是人体的舒适温度吗？
Q4 淘米水洗头真的对头发好吗？为什么有这个说法？
Q5 游泳的时候，为什么用力拍一下水面会感到水很硬？难道水是非牛顿流体吗？
Q6 为什么风扇的叶片数量都是奇数？
Q7 为什么树总是直的？
Q8 为什么椭圆和双曲线都有两个焦点和两条准线，抛物线却只有一个焦点和一条准线？
Q9 医院放射科的铅门，是把 X 射线吸收了？还是散射了？如果吸收，铅会发生什么变化吗？
Q10 防晒衣是什么材质的，运动风衣为什么也防晒？
Q11 飞机速度超过声速时，飞行员还能听到声音吗？
Q12 输液时小小滴壶很重要，能简述一下它的功能和其对应的物理原理吗？

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Q1

如果严丝合缝地坐在飞机的马桶上并按冲水，会不会整个人被吸在上面？

by 匿名

答：

与我们平时使用的冲水马桶不同，飞机上的马桶大多是真空马桶。真空马桶利用压强差将排泄物吸入下水道，这样可以大大减少对水的需求，从而减轻飞机承载的压力。可以想象如果严丝合缝地坐在马桶上并按下冲水按钮，马桶内外的产生的负压很可能会将人吸住。以一般的民用飞机为例，产生的负压大约是20kPa，根据压强公式：F=P·S，这相当于0.2kg/cm²的力。如果马桶圈的面积为400cm²的话，附加的吸力相当于80kg的重量。虽然这种吸力虽然不足以对生命安全造成威胁，但可能导致皮肤破损或出现淤青等问题。不过，马桶吸人这种现象属于极小概率事件。飞机上的马桶圈设计充分保证了人与马桶之间的空隙，冲水按钮也需要起身后才能操作，这些设计都大大降低了人被马桶吸住的可能性，所以在飞机上上厕所也是很安全的啦。

参考文献：

1. 飞机上的抽真空马桶到底有多危险？

by Sid

Q.E.D.

Q2

为什么周期表里像碳，钨这些元素好像不符合洪特规则？

by Daniel

答：

当原子中的电子处于一定的n,l所确定的组态时，由于电子之间各种相互作用而形成不同的光谱项和光谱支项，他们之间所对应的能级高低由洪特规则确定。对于某一组态的光谱项中，总自旋S越大，能量越低；S相等时，总轨道角动量L越大，能量越低，这是洪特第一规则。对于光谱支项，即S和L相等时，对于未满半壳层或半壳层时，总角动量J越小能量越低，否则J越大能量越低。洪特规则他是依靠大量的光谱实验得出，并且只适用于LS耦合。

前五个周期的元素能级排列是符合洪特规则的，但随着核外电子数增多，电子间相互作用对能级的影响越来越大。碳元素的电子轨道排布图是符合洪特规则的，碳原子的2P轨道电子排布是自旋相同分布在P轨道的两个轨道上。对于钨来说，它的价电子排布式为4f¹⁴5d⁴6s²，而按照洪特规则钨的6s和5d应该都是半满才符合能量最低。像镧系和锕系金属来说，就没几个满足洪特规则的。

这种情况就和过渡金属价电子的“特殊”构型类似，接下来我们从两个点来解释,先给出体系总能量的公式：

公式右边第一项为i电子的哈特利-福克轨道能，^g_ij和J_ij分别是i-j电子间的静电互斥能和交换能。总之体系的总能量等于各电子轨道能之和减去互斥能和总交换能。

1，在一般情况下ns的能级是小于(n-1)d能级的，但是因为(n-1)d的轨道主峰离原子核更近，所以在电荷在填充(n-1)d轨道时，ns轨道会受到屏蔽作用，导致轨道能量有所上升，超过d轨道，但两者差值不大。同时因为屏蔽作用，ns 轨道与其他内层电子的互斥能增大。

2，由于ns不像(n-1)d那样极化，所以有一部分离核比较近，就可以避开d轨道的排斥而更靠近核，这种钻穿效应使得它的能量有一定程度下降。

那么代入公式计算的时候，就会发现由于以上几种能量的综合作用，公式的第二项值更大，所以体系能量变得更低，因此5d⁴6s²的能量低于5d⁵6s¹。

对于第三过渡系元素前沿轨道5d6s，6s电子显然有很强的钻穿能力，但元素内层4f刚填满，6s受到5d、4f电子屏蔽，4f电子排满对其屏蔽能力较大，电子互斥能g_6s,j值较大，所以倾向于s轨道有两个电荷。随着原子序数增大，g_6s,j值下降的很快，而g5d,j变强。因此特殊构型(n-1)dⁿs¹只出现在本系末端，对于铂，就会是s轨道一个电子。

参考文献：

1. 姜心田.洪特(Hund)规则的微观实质[J].陕西师范大学继续教育学报,2001,(01):105-107.
2. 洪三国.关于洪特规则解释的讨论[J].江西师范大学学报(自然科学版),1988,(04):71-75.
3. 朱洪玉.关于洪特规则[J].化学通报,1985,(02):55-57.
4. 黄尚毅.关于过渡元素中电子构型“特例”的讨论[J].江西教育学院学刊(自然科学版),1987,(02):56-60.
5. M.A. Morrison, T. L. Estle, N. F. Lane, M. Eugene Rudd; Quantum States of Atoms, Molecules and Solids. Physics Today 1 December 1976; 29 (12): 53–54.

by 蓝多多

Q.E.D.

Q3

人体的体温是36.5℃，为什么气温也是36.5℃人体会感到非常炎热，不应该是人体的舒适温度吗？

by 匿名

答：

人体的正常体温确实是在36.5℃左右，但是人类是恒温动物，人体中发生化学反应的各种生物酶的最佳反应活性的温度大都在正常体温的范围内，这些无时无刻不在我们身体里面维持生命体征的反应又会产生大量的热量，故维持体温的恒定还需要散热。根据我们“小学二年级”学过的热力学第二定律：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，因此如果气温与体温接近甚至超过，那么人体就不容易散热，当然就会感到不舒服。

人体散热有辐射（通过红外线辐射散发热量，所以要相信光啊孩子）、传导（皮肤接触）、对流（空气流动）和蒸发（汗液蒸发）等方式。当环境温度接近或高于人体皮肤温度时，这些散热方式的效果会减弱，导致人体感到热。

如果你还想问，人体体温大概是36度多，而人体感到舒适的温度大概是25度，为什么相差了十度？那是因为人体的散热效率是有限的，人体没有自带风扇、空调，另外如果散热效率太高，那么人体抵御严寒的能力就会下降。

by opzk

Q.E.D.

Q4

淘米水洗头真的对头发好吗？为什么有这个说法？

by 匿名

答：

也许大家曾用淘米水洗头这种方式试图拯救过自己岌岌可危的头发，我们就来一起看看其中的套路吧。

淘米水是指洗米时的水，但是洗头发用的淘米水应当发酵一两天之后使用。我们清洗米粒的时候，会有一部分营养成分留在水中，这些成分包括：维生素B群、矿物质、淀粉、氨基酸和蛋白质。这些成分可能对头发会有一定的好处。例如矿物质对头发的生长和修复有帮助；淘米水中含有一定量的淀粉，这些淀粉可以在头发和头皮上形成一层保护膜，从而改善头发的光泽感和柔软度，淀粉也可助于吸附头皮上的多余油脂和杂质。且淘米水相对温和，含有较少的化学物质，相对于一些化学洗发水，可能会对头发和头皮造成较少的刺激。

淘米水洗头发可以是一种天然的护理方法，但效果可能因人而异。且不适合长期或频繁使用，有可能会导致积累的淀粉残留在头发上，形成毛囊堵塞。而且淘米水中会有一些细菌的残留，也会损伤头皮。如果你对这种方法感兴趣，可以尝试一下，但也要结合其他的护发措施哦。

参考文献：

1. 宋添力.一碗淘米水 美颜又护发[J].家庭医学,2023(11):45.

by serendipity

Q.E.D.

Q5

游泳的时候，为什么用力拍一下水面会感到水很硬？难道水是非牛顿流体吗？by 罗马执政

答：

这个问题和跳水时如果姿势不正确，身体拍到水面上会很疼，甚至出现危险是类似的原理。

水不是非牛顿流体。牛顿流体的粘度恒定，剪切应力与剪切速率成线性关系；非牛顿流体就是不符合该线性关系，粘度会随着剪切速率或剪切应力的变化而变化，即除了牛顿流体的都是非牛顿流体（像是废话）。就是我们常听到的遇强则强，在受到大的应力时非牛顿流体可暂时视为固体；当然，也有一类非牛顿流体是“软柿子”，粘度随着剪切速率的增加而降低。水的剪切应力与剪切速度呈线性关系，所以其是典型的牛顿流体。

牛顿流体与非牛顿流体

那么为什么快速拍击水面还是会感到水面很硬呢？首先，水是有惯性的。当手掌快速拍击水面时，相当于要给水一个瞬时加速度，我们知道，加速度很大时，速度可以是零，那么就相当于手去撞击一个速度为零的墙面，给水墙一个大的冲量，而力的作用是相互的，水也给手这样的相反的冲击力，我们感受到的水很硬，其实是我们的手很疼。

其次，水可以认为是不可压缩流体，当手掌垂直拍击水面时，相当于在竖直方向压缩水，而水是不可压缩流体，竖直方向水下没有多余的空间去移动，且拍击的速度太快，以至于水还来不及向四周扩散，那么就好像水很硬一般。

水的表面张力示意图

再次，水的表面张力在这里起到了一定的作用。液相与气相接触时会形成一个表面层，在这个表面层上的液体分子受到内部液体的吸引力大于外面气体分子给的吸引力，这些分子就有向液体内部聚拢的趋势，这种趋势形成了表面张力。在表面张力的作用下，水面像是一个紧绷的橡胶膜，如果用手掌去拍没有破除表面张力的水面自然就觉得疼。外国博主Mythbusters曾经做过一个实验，在假人下面坠加一个锤子，先后测试加锤子和不加锤子在同一高度假人落水时受到的冲击力，结果不加锤子人体拍到水面上受到的加速度是287g，加锤子是239g，测试者的结论是他认为锤子可能有影响，他并不认为加上锤子的影响大到足以拯救你的生命。表面张力约为每米72毫牛每米，这个数值比较小。加锤子后减缓人体受到的加速度的原因主要来自于锤子先入水时候砸出了向上喷涌的气泡水（水花），但是也不可否认有破坏表面张力的因素。

by opzk

Q.E.D.

Q6

为什么风扇的叶片数量都是奇数?

by xgifi

答：

三伏天总算要结束了，当我们挥汗如雨后享受电风扇带来的凉意时，不知道大家有没有注意过电风扇的叶片？你会发现它们一般为三片或五片，有的甚至多达七片或更多，但几乎所有的风扇叶片数量都是奇数，很少见到偶数的扇叶。那么问题来了，电风扇设计的时候扇叶数量倾向为奇数呢？

首先，奇数叶片的设计更加稳定。由于扇叶在生产时材料的质地不均以及安装时的误差，叶片在高速旋转时容易产生颤动。当扇叶数量为偶数时，这种颤动会传导至对称的叶片，容易引发共振，从而在长时间运转下可能导致叶片由于持续的高振幅而出现断裂问题。相比之下当扇叶数量为奇数时，由于叶片的不对称排列，产生的抖动会能够相互抵消，高速旋转中扇叶更加平衡，减弱轴承的损耗，出现颤动的问题概率更小。

奇数扇叶示意图 | 图源网络

同时，奇数叶片的设计能够同时减少噪音并提高气流效率。在空气动力学中，偶数叶片的对称排列容易形成规律性的气流扰动，这不仅增加了噪音，还可能导致湍流，降低风扇的效率。相比之下，奇数叶片通过打破这种对称性，在最大化气流的同时，减少了气流扰动，从而使风扇在高速运转时更加安静，提供更高效的出风效果 。

四叶风扇（还是存在偶数扇叶的风扇滴 别问小编找了多久） | 图源Pexels

尽管大多数风扇的叶片为奇数，但并不是风扇家族的成员都遵循这一设计噢。例如，作为荷兰历史文化标志的风车，就通常采用四片叶片的设计。这是因为在过去四片叶片设计、建造和维护上更容易实现平衡，并最终成为了一种历史传统。而在某些特定需求下，偶数叶片的风扇也有其应用，选择奇数或偶数叶片的设计取决于具体的设计目标、性能要求，以及效率、噪音水平和制造成本之间的平衡。

参考资料

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q7

为什么树总是直的？

by 匿名

答：

首先纠正一下，树木并不是总是直的哦，不同树种具有不同的生长习性。一些树种天然地生长成弯曲的形态，如一些榕树，其主干和枝条可能呈现出独特的弯曲形态。有些树种在特定环境中，如湿地或山坡，可能会以非直立的方式生长，以适应其环境条件。那为什么很多树都是直着向上呢？

树木的主干通常会朝向光源生长。这是因为树木在光照不足的地方会启动向光性生长，即树干和枝条朝向阳光方向生长，以获取更多的光能进行光合作用；树木的生长受顶端优势（apical dominance）的影响。树木的主干（或主枝）的顶端具有生长激素（如生长素），这种激素抑制侧枝的生长，促进主干的生长，顶芽优先生长，而侧芽的生长会受到限制，所以顶端的生长激素会使主干保持直立，倾向于形成笔直的树干；随着树木的生长，主干会逐渐变得坚硬和木质化，这种结构使树干能够承受风吹和其他环境因素的影响，从而保持直立，木质的结构提供了强大的机械支持。

这些因素共同作用，使得树木在生长过程中保持直立，从而能够有效地吸收阳光和应对各种环境挑战，但是树木的直立生长是一种常见现象，但不是绝对的。

参考文献

1. 王淼.树木生长的奥秘[J].小学生导读,2023(12):22-23.
2. 栾玉,江梦虹,杨雨婷,刘焕荣,马欣欣,张秀标,孙丰波,费本华,方长华.树木生长应力形成机理[J/OL].林业科学:1-13[2024-08-22].

by serendipity

Q.E.D.

Q8

为什么椭圆和双曲线都有两个焦点和两条准线，抛物线却只有一个焦点和一条准线？

by 匿名

答：

古希腊人通过用平面截圆锥发现了三种圆锥曲线，Ｍenaechmus在解决希波克拉底因倍立方问题时，通过用垂直于母线的平面去截三种不同的圆锥，而得到三种曲线，分别对应今天的椭圆、抛物线和双曲线。

后来阿波罗尼斯在《圆锥曲线论》中将同一圆锥被不同位置的平面所截得的曲线定义为圆锥曲线，并先后证明了八个命题才得出椭圆上任一点处的交半径之和等于长轴。

我们从对称的角度来看，椭圆以及双曲线是满足空间反演的，而且呈中心对称，曲线上的点从(x,y)变换到(-x,-y)时，仍然在同一条曲线上，而抛物线则不满足；并且从曲线方程代数解来看，只有抛物线包含一次项，而另外两个圆锥曲线都是二次方程所以具有两个焦点。

参考文献

1. Heath T L.A history of Greek Mathematics [M].London:Oxford University Press,1921.
2. 汪晓勤. 椭圆第一定义是如何诞生的?[J]. 中学数学月刊,2017(6):28-31.

by 蓝多多

Q.E.D.

Q9

医院放射科的铅门，是把 X 射线吸收了？还是散射了？如果吸收，铅会发生什么变化吗?

by 匿名

答：

医院放射科的铅门主要是通过吸收X射线来起到防护作用的。当X射线与铅材料相互作用时，大部分能量会被铅吸收。

当铅吸收X射线时，并不会直接放出X射线或发生其他显著变化。实际上，吸收过程主要是X射线能量转化为其他形式的能量，如热能。我们知道，对于束缚态的电子（即在原子里面被原子核束缚的电子）其能量的取值有特定值，就是我们说的不同的轨道，当x射线打到这些电子上时，如果x射线的能量与电子不同轨道的能级差匹配，那么x射线的能量就会传递给电子（即x射线被电子吸收了），把低能量的电子激发到更高的能级上，而在更高能级上的电子不稳定，它们倾向于回到原来稳定的低能量状态，但是这个过程不一定会再次发射同样能量的光子，电子从激发态跃迁回基态会发生非辐射跃迁过程，如振动弛豫、内转换、外转换、系间窜跃等方式，能量会以热量的形式耗散。

激发态电子回落到基态的几种方式

不过在铅吸收x射线的过程中，是有散射的。x射线在通过屏蔽体时主要通过光电效应、康普顿散射等过程把能量传递给屏蔽体而被减弱或吸收。光电效应是光子把全部能量传给轨道电子，使电子脱离所在壳层，从原子中释放出来，这对低能光子(能量小于几百keV的光子)的吸收起主要作用。康普顿散射是光子与自由电子碰撞，把部分能量传给电子，同时改变自己的方向和能量，对降低中能光子(能量在几百keV和几MeV之间)的能量起主要作用。

因此整体来看，铅最终把光子的能量吸收转化为热能，就把x射线挡住啦，在这个过程中有吸收也有散射。

另外，用铅来吸收x射线的原因主要是：原子序数大（原子序数越大的元素遮挡x射线的效果越好），经济（便宜），密度高（物质的密度越大，单位体积内的原子数量越多，因此X射线被吸收的机会也越多，衰减得越快），非放射性（铅是原子量最大的非放射性元素，如果材料本身有辐射显然会造成二次伤害），塑性好（便于加工成各种形状）。

参考文献：

1. 杨文锋,刘颖,杨林,等.核辐射屏蔽材料的研究进展[J].材料导报,2007,(05):82-85.

by opzk

Q.E.D.

Q10

防晒衣是什么材质的，运动风衣为什么也防晒？

by 汐>_<

答：

随着全国多地持续高温天气的频发，防晒衣成为了许多人外出的必备单品。防晒衣防晒的原理很简单，它通过对紫外线的吸收和反射来防止紫外线对皮肤造成伤害。其实，一般的衣服也能起到遮挡紫外线的作用，但想要成为真正的防晒衣，则需要达到国际标准，即要求纺织品的紫外线防护系数（UPF）大于40，同时透过率（UVR）要小于5%。

目前提高面料防紫外线性能的方法主要包括：使用紫外线屏蔽剂、防紫外线纤维、减少面料孔隙率等几种方式。较为常见的防紫外线材料多是涤纶、锦纶、氨纶等化纤材料，这是因为此类化学纤维中多具有一些特殊的基团使其具有防紫外线的功能。以涤纶为例，其聚酯分子中含有苯环，当紫外光照射时，光子的能量被苯环上的π电子吸收，电子从基态跃迁到激发态。这个跃迁过程在紫外光谱上表现为一个特征的吸收峰，所以说涤纶对紫外光有良好的吸收性。

紫外线屏蔽剂通常选用高折射率金属氧化物的粉体，比如高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁等，把它们制成微细粒子或超细粒子，与织物结合，从而增加纺织品表面对紫外线的反射和散射作用。紫外吸收剂通常会选择有机化合物，主要利用它们吸收紫外光的能力，从而达到防紫外线辐射的目的。除此之外，还有许多防紫外线处理的技术，这里就不一一介绍了。未来，随着技术的升级，防晒衣的种类将更加丰富，防晒效果也会进一步提升。

参考资料：

1. 杜艳芳,裴重华.防紫外线纺织品的研究进展[J].针织业,2007,(09):23-27.
2. 刘晓艳,徐鹏.防紫外线辐射织物的开发现状[J].中国个体防护装，2003,(06):21-23.

by Sid

Q.E.D.

Q11

飞机速度超过声速时，飞行员还能听到声音吗？

by 曾小咸

答：

可以。超音速飞机的飞行速度大小是通过飞机相对于空气的运动速度来表示的，在飞机内部，空气是和飞机一起以相同的飞行速度在共同运动，空气和飞行员是相对静止的，所以我们不会看到飞行员在顶着狂风驾驶飞机（除非是一架敞篷飞机，或者发生了事故）。在这种情况下，飞机的速度是否超声速都不影响飞行员能正常地听到飞机内部空间发出的声音。

飞机是由固体制造的，声音在固体中传播的速度可达5000米/秒，远远大于声速340米/秒，所以当声音通过机身传播时，飞行员也可以听到飞机发动机以及机体振动的声音。

当然超声速这个条件也是能帮助屏蔽一些声音的，当声源在大气中，并且无法借助固体或液体来传声时，飞行员就不能听到这些声音了。

by 小线

Q.E.D.

Q12

输液时小小滴壶很重要，能简述一下它的功能和其对应的物理原理吗？

by 麦大米

答：

大家小时候生病输液，因为手被针封印，只能看着输液器发呆，玩玩调节器的小滚轮(打手警告)，数滴壶一分钟可以留多少滴，那它到底是干什么用的呢？这就让笔者好好讲讲吧。

静脉滴壶是输液器中的一个重要组成部分，位于一次性输液器的倒数第二个结构（由上到下数），其主要功能包括显示滴速和第一次排气。此外，静脉滴壶还可以用来紧急添加药物，如强心药等。静脉滴壶的设计有助于确保输液过程的准确性和安全性，通过显示滴速和排气功能，帮助医护人员监控输液的速度和效率，同时在需要时能够迅速添加必要的药物，从而及时应对患者的紧急医疗需求。

静脉滴管是基于重力和流体静力学原理，当输液瓶挂上并开启时，重力使得液体从容器流出，通过输液管流向病人。有的滴壶旁边还会有一个空气滤网，既可以连接大气，又能确保输液过程中不会有空气泡进入病人体内，千万不要觉得好玩去拔，别问，问就是泪。

输液瓶作为一个入口与大气压相连通的容器，瓶内液体受到大气压的作用，使液体流入橡胶管形成水柱，当水柱压力大于静脉压时，瓶内液体就可以顺畅的流入血液中。通过控制滚轮压住输液管的程度调节流量，就可以控制输液的速度，而速度的快慢就可以从滴壶上方液体滴下的速率来决定。

唉，一想到手欠欠的，直接把管压死了，看到回血哭着喊自己要死了，就觉得脚趾扣地，小朋友千万不要乱动输液器哦！

参考文献：

1. 李小寒 尚少梅.基础护理学(第4版)(供本科护理学类专业用)(附光盘)[M].人民卫生出版社,2012.

by 蓝多多

Q.E.D.

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