不小心把蟑螂吃了会怎么样？| No. 432
不知道屏幕前的你有没有误食蟑螂的经历
不小心吃了会对健康有影响吗
跟着今天的问答，我们一探究竟吧
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Q1 小时候那种泡了药水过几天就能长冰晶的小圣诞树是怎么做的？
Q2 为什么冰片、薄荷一类食物会产生“清凉”这一感觉，这与物理的热交换有关吗，还是纯粹的类似“酸甜苦辣”的味觉？
Q3 干牙刷入水有气泡，湿牙刷则没有。为什么？生活中还有类似现象吗？Q4 什么是海森堡测不准原理？
Q5 变色龙是怎么变色的，把它眼睛蒙上了能变色吗？
Q6 为什么撕裂胶带时可以用笔迅速戳一下，胶带就会裂开。慢慢戳一个洞就没效果呢？
Q7 为什么近视（散光）者眯着眼睛看东西会更清楚？
Q8 遇到大风天气，为了降低对家中门窗的损坏（不考虑其他财产），是应该紧闭门窗，还是打开对流？
Q9 运用如图所示的方法可以在超导线圈中创造永久电流吗？或者说可以等效于“磁单极子”穿过超导线圈？
Q10 能不能把返回舱进入大气层时摩擦生成的热量收集转化为电能，让返回舱能够最后自己再飞行一段时间，更平稳的着陆？
Q11 为什么在泳镜或潜镜内侧抹洗洁精后冲洗掉，能有效防止在水中起雾？据说唾液也可以，是真的吗？
Q12 不小心把蟑螂吃了会怎么样？
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Q1
小时候那种泡了药水过几天就能长冰晶的小圣诞树是怎么做的？
by 人间理想杨思思
答：这种圣诞树的秘诀其实是浇在纸树上的溶液，学名叫做磷酸二氢钾溶液。当水溶液接触纸树时，水溶液会因为毛细现象，沿着纸树快速上升，水会在树的末端蒸发，所以盐溶液的浓度会越来越高，直至变成饱和盐溶液。再之后水继续蒸发就会有白色的磷酸二氢钾结晶析出，看起来就像是末端开花一样，至于带有颜色，只需要在纸树上抹一点颜料就OK了。
PS：磷酸二氢钾是化肥的常用成分，不要误食哦！
by 蓝多多
Q.E.D.
Q2
为什么冰片、薄荷一类食物会产生“清凉”这一感觉，这与物理的热交换有关吗，还是纯粹的类似“酸甜苦辣”的味觉？
by 希望
答：冰片和薄荷产生“清凉”感觉主要与化学刺激有关，而非物理热交换。我们之所以会感觉凉爽，主要依赖于TRPM8，这是一种被称为“冷及薄荷醇感受器”的离子通道。TRPM8属于瞬时受体电位（TRP）家族，具有多种跨膜结构，能在细胞膜上形成离子通道。当TRPM8受体被激活时，正离子（如钠离子Na⁺和钙离子Ca²⁺）会涌入细胞，改变细胞内的电位，触发神经元发出动作电位。信号随后迅速传递到大脑，让我们产生凉爽的感觉。
除了温度下降外，薄荷中的薄荷醇也可以激活TRPM8。与此类似，感知热的TRPV1受体则对应于热刺激。当我们吃辣椒时，辣椒素结合到TRPV1受体后，会导致离子通道打开，钙离子和钠离子进入细胞，产生动作电位，信号传递到大脑，从而让人感受到热辣的感觉。
而酸甜苦咸鲜的味觉主要通过味蕾感知，涉及食物的化学成分与味蕾中的受体结合，这与薄荷醇和冰片产生的清凉感并不相同。
参考资料：
by Sid
Q.E.D.
Q3
您好，我是一名三年级的小学生。我在刷牙的时候，发现了一个有趣的现象。当我把干的牙刷放进牙缸里，从水龙头往杯子里放水时，发现牙刷柄上附着了很多气泡。但是当牙刷湿了之后，再次从水龙头往杯子里放水，牙刷上却没有气泡了。请问这是为什么呢？生活中还有其他类似的现象吗？
by 三年级的朵朵
答：朵朵你好，我们拿起干燥的牙刷仔细观察，可以看到牙刷的刷毛非常的密集，但肉眼看很密集的缝隙，对于空气来说却很大，所以在刷毛之间藏了很多的空气分子，当我们把干牙刷放进水中时，水就会涌进缝隙想要抢占地盘，占据所有的空间，空气被挤出去，但因为中间的缝隙很密集，空气跑的很慢，水冲进来的又很快，空气前有狼后有虎，就被挤压成了小气泡，这些气泡就会附着在刷毛上，直到他们抱团找到小团体，变成大气泡，就可以浮到水面上啦~
当牙刷已经变湿，孔隙中的气泡已经排出了，而且水的表面张力，可以让水分子相互吸引，他们手拉手形成一层水膜，再次放入水中就不会再有外来空气进入啦。而且刷毛湿润会相互贴合，进一步减少孔隙，降低了空气压缩和形成气泡的可能。
by 蓝多多
Q.E.D.
Q4
什么是海森堡测不准原理？
by 匿名
答：我们现在通常说的海森堡测不准原理指的是海森堡不确定性原理（uncertainty principle）。关于这一原理的理解实际上直到现在也在不断深化，在这里我们主要介绍哥本哈根诠释的观点：哥本哈根诠释认为，不确定性原理并不涉及一个测量的精度与干扰，而是一个给定的量子态本身的不确定度所固有的，不依赖于测量。以一个粒子的坐标-动量不确定关系为例
这意味着一个微观粒子的坐标与动量不能同时取确定值，当我们精确测量出一个粒子的位置时速度是完全不确定的。这是粒子的波粒二象性所导致的。 波粒二象性告诉我们：微观粒子并不是刚性小球一样的颗粒，而是同时具有粒子性的内禀属性（如质量、电荷）和波动性的“相干叠加性”的一种“物质波”，其波长与其动量存在如下关系：，而波长是表征波动随空间变化快慢的量，因此“空间某一点的波长”这一说法就没有严格意义，这就使得“微观粒子局域在某一点的动量”也没有严格意义。
实际上，在量子力学中微观粒子用一个波函数来描述，其模的平方正比于在这一点找到微观粒子的概率。这样的话，我们就可以用傅里叶变换的角度去理解不确定性原理：傅里叶变换的标度特性表明，假如在时间上压缩信号波，那么该信号的傅里叶变换将在频率空间上变宽。对应于物质波，比如说我们在坐标空间上压缩波函数（位置不确定度减小），那么等同于在动量空间中波函数被拉伸（动量不确定度变大），即位置越确定，动量就越不确定。
值得注意的是，虽然不确定关系是量子态本身所固有的，但是对于“何为测量？”以及“测量过程中发生了什么？”等问题，哥本哈根诠释并没有给出很好的解释。在1980s之后，物理学家们又提出了广义量子测量理论（generalized quantum measurement）和连续测量（continuous measurement）等理论，有兴趣的读者们可以了解一下～
傅里叶变换 参考资料：
by 渣渣昊
Q.E.D.
Q5
变色龙是怎么变色的，把它眼睛蒙上了能变色吗？
by mmz
答：变色龙的变色能力主要通过其皮肤内的虹彩细胞与色素细胞共同完成，眼睛在其变色过程中只起一个辅助感光的作用，将变色龙眼睛蒙上后其仍然有变色能力。下面具体解释下其变色的原理。
变色龙 图源网络（freepik） 变色龙皮肤中含有两层虹彩细胞，虹彩细胞中有许多不同形状、尺寸和组合的纳米晶体，这些纳米晶体，被称为光子晶体，可以根据间隔不同反射不同颜色的光。变色龙可以通过神经系统控制皮肤放松或紧绷，改变上层虹彩细胞中纳米晶体的排列，导致色彩的改变。例如，当变色龙皮肤放松时，纳米晶体彼此靠得很近，容易反射短波长的光线，如蓝色；当皮肤紧绷时，纳米晶体之间的距离增大，就容易反射波长较长的光线。这些光子晶体之间的间距变化是变色龙颜色变化的主要原因。
除了虹彩细胞外，变色龙皮肤中还含有色素细胞，位于虹彩细胞上层，其中含有黄、黑和红等颜色色素，这些色素细胞可以通过扩张或收缩来改变颜色的强度和分布,与虹彩细胞中光子晶体反射光相结合，形成了变色龙皮肤所呈现的颜色。
影响变色龙变色的有三个主要因素——环境光线、温度和情绪状态。眼睛虽然是变色龙重要的感光器官，但虹彩细胞与色素细胞这两类特殊细胞也对环境的光线变化敏感，可以感受光线的变化，再结合体温、情绪等因素在神经系统的控制下迅速完成完成变色，因此蒙着眼睛的变色龙也有变色能力。
参考资料:
Teyssier, J., Saenko, S. V., Van Der Marel, D., & Milinkovitch, M. C. (2015). Photonic crystals cause active colour change in chameleons. Nature communications, 6(1), 6368. 张力实. (1999). 变色龙变色的奥秘. 知识就是力量, (3), 24-24. Historic and Contemporary Theories on Chameleon Color Change 移动晶体改变变色龙的颜色 by 凉渐
Q.E.D.
Q6
为什么撕裂胶带时可以用笔迅速戳一下，胶带就会裂开。慢慢戳一个洞就没效果呢？
by 困惑生
答：当我们用笔迅速戳胶带时，笔尖在胶带上形成了非常尖锐的缺口，这个缺口成为应力集中的焦点。同时笔头的侧向压力、手对胶带施加的横向拉力，都作用在这个缺口处，胶带就会从这里开始迅速裂开。
然而，如果你慢慢地戳一个洞，情况就不同了。慢速施力使得胶带有足够的时间发生塑性变形，材料在受力下逐渐拉伸和变形，分散了应力。此时产生的缺口很规则，不尖锐，应力不会过度集中，胶带也就不容易从这里裂开。
其次是加载速率的影响。加载速率，即单位时间内加载应力的增量，对于胶带这样的粘弹性材料，当用笔迅速戳胶带时，加载速率很高。高加载速率使材料来不及发生粘性流动或塑性变形，表现出更脆的特性，更容易发生断裂。当慢慢戳一个洞时，加载速率较低。材料有足够的时间发生粘性流动和塑性变形，能够吸收更多的能量，从而避免了断裂。
最后，从能量释放率与裂纹扩展的角度来看，当外力使裂纹尖端的能量释放率超过材料的临界值时，裂纹就会扩展。快速戳胶带时，瞬时施加的高能量使裂纹尖端的能量释放率大大增加，超过了胶带材料的临界值，导致裂纹迅速扩展。慢慢戳洞时，能量的施加是逐步的，裂纹尖端的能量释放率低于材料的临界值，裂纹不会扩展。
从整个过程来看，笔迅速戳胶带时，形成的尖锐缺口导致应力集中，高加载速率使材料来不及变形，裂纹尖端的能量释放率超过临界值，胶带因此容易裂开。这个现象在生产生活中有重要的启示。例如：工人在切割玻璃时，会先用玻璃刀在表面划出一道细微的裂痕，然后施加力，使玻璃沿着裂痕断开。这与我们用笔迅速戳胶带的原理类似，都是通过制造应力集中点来引导断裂，固定能量释放方向。
参考资料:
刘鸿文. 材料力学I（第6版）[M]. 北京：高等教育出版社，2017: 394. ISBN: 7040479753. 宫本博著；杨秉宪，王幼复编译. 弹塑性断裂力学[M]. 太原：山西人民出版社，出版年份（未提供）: 306. ISBN: 10653837. by Chocobo
Q.E.D.
Q7
为什么近视（散光）者眯着眼睛看东西会更清楚？
by ywr
答：1.因为近视是角膜的屈光不正，眯眼睛可以是眼睛睑裂变小，使角膜的屈光状态改变，改变折射状态，使光线能更好的集中在视网膜上。
2.此外眯眼会压迫角膜和整个眼球，增加眼球的调节力度，从而达到更好的焦距，使图像更加清晰。
3.减少进入眼睛的光线数量，眯眼睛就相当于缩小相机的光阑，物体的光通过这个小光阑就不会散开太多，在成像平面上就可以汇聚在很小的弥散圆内，那么在像距和焦距固定的情况下，允许清晰成像的物距就被放宽到了一个范围，这就是景深，景深会随着光阑的缩小而变大，允许清晰成像的物距范围就会变大，看的就更远。
by 蓝多多
Q.E.D.
Q8
遇到大风天气，为了降低对家中门窗的损坏（不考虑其他财产），是应该紧闭门窗，还是打开对流？
by 🚀
答：在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。这些涡旋会在物体上产生垂直于流动方向的交变侧向力，迫使物体产生振动。当涡旋的发放频率与物体的固有频率相耦合时，就会发生共振，从而造成破坏。有一起比较著名的事件——塔科玛海峡桥风毁事故，而桥面断裂坍塌的罪魁祸首就是由风速为19m/s的风引起的桥梁振动。因此，现在进行高层建筑物设计时都要进行计算和风洞实验，以保证不会因卡门涡街造成建筑物的破坏。
在大风天气中，如果打开门窗形成对流，风会直接冲击门窗，产生强烈的涡旋和振动。特别是当涡旋的发放频率与门窗的固有频率相近时，就可能引发共振，导致门窗损坏。而紧闭门窗则可以有效地减少风对门窗的直接冲击。门窗紧闭后，风无法直接穿过，只能在门窗表面形成涡旋。由于门窗的材质和结构通常具有一定的刚性和阻尼，能够抵抗涡旋产生的振动，从而降低损坏的风险。
此外，我们还可以采取一些额外的措施来加固门窗，进一步降低损坏的风险。例如，在门窗的四周增加支撑框架，或者在门窗内侧安装加固钢板，以提高其抗风能力；对于推拉式窗户，可以在滑轨上增加防滑垫，防止窗户在强风中被吹开。
参考资料：
王振东.漫话卡门涡街及其应用[J].力学与实践,2006,(01):88-90. 罗宁,孙锐,彭维红,等.卡门涡街效应与“不起眼的瓶子”[J].实验室研究与探索,2022,41(08):5-9+44. by 4925
Q.E.D.
Q9
运用如图所示的方法可以在超导线圈中创造永久电流吗？或者说可以等效于“磁单极子”穿过超导线圈？
by 000
答：可以创造永久电流。首先我们来看看永久电流是怎么产生的。考虑这样一个模型，用超导线圈围成一个闭合回路，假设此回路的电阻为R，电感为L，在一个均匀磁通密度B的外场中冷却，使超导环超导，环所包围的面积为，则环所包围的磁通量是。当外磁场变化时，根据楞次定律可知，环内要产生感应电流来抵消外磁场变化引起的磁通变化。磁场变化产生的感生电动势为，因此产生的感应电流I为：
当外场停止变化后，有
感应电流为其中为初始电流，显然，如果，则电流不会发生衰减，一直持续下去。由此可见，当线圈处于超导状态时，内部磁通量变化会产生永久电流。图中条形磁铁在中间断开，并向两端移动的过程中，穿过超导线圈的磁通量会减少，从而在线圈内产生持续电流。
磁单极子目前还没有找到，条形磁铁在中间断开，断口会分别表现为新的南北极，成为两个小的条形磁铁，磁单极子指的是仅有一个极的磁体（仅南极或仅北极），而条形磁铁断开后依旧保持有两个极，不能称为磁单极子。
参考资料：
张裕恒. 超导物理. 中国科学技术大学出版社, 2009. by Sid
Q.E.D.
Q10
能不能把返回舱进入大气层时摩擦生成的热量收集转化为电能，让返回舱能够最后自己再飞行一段时间，更平稳的着陆？
by 匿名
答：按理来说是可以的。
题主提出的这一设想涉及到热电转换的基本原理——热电效应【塞贝克效应、帕尔帖效应及汤姆逊效应】，文献[1]中其大体意思是指当材料两端存在温差时，会产生电动势，从而在闭合电路中产生电流（文章《古有“钻木取火”，今有“钻地取电”？》中所述的地热能发电也是基于此原理）。
基于热电效应，如果可以在返回舱表面安装高热电优值、耐高温以及在宽的温度范围内性能稳定的热电材料（例如基于金属硫族的化合物SnSe等等），那么就可以利用进入大气层时的温差来产生热能，大大提升热电转换效率。【PS:热电材料是一种利用固体内部载流子运动特性直接实现热能和电能相互转换的材料】当然，如果在返回舱的隔热层与内部结构之间存在一定温度差，也可以在返回舱的一些内部结构部件上安装热电转换装置来利用这个温差，以尽可能收集热能，达到最大热能收集效率。
又或者是在返回舱迎风面和受热较为几种的区域，适当增加热电堆密度（但也要注意别太近，避免相互干扰影响热量传递和转换效率），以提高对热量的收集效率……
题主的这一设想还面临诸多技术和工程上的挑战，除了上述我们讨论的能量收集转换外，还有电能存储（例如如何设计一个高效的电池管理系统？）等等一系列问题阻碍着这一假想的实现。篇幅原因，暂不一一赘述。期待网友们在评论区里一起来大胆假设，也期待日后能看到题主在相关领域山顶上面摆造型。
参考资料：
王磊,李克文,朱昱昊,等.三种热电效应的相互关系研究及应用进展[J/OL].现代地质,1-21[2024-10-21]. 邱玉婷,鲁翰宸,金阳,等.热电复合材料的研究进展[J].复合材料学报,2022,39(09):4213-4226. 孟繁孔,陈灵,王帅,等.中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究[J].航天返回与遥感,2021,42(04):10-21. 解维华,韩国凯,孟松鹤,等.返回舱/空间探测器热防护结构发展现状与趋势[J].航空学报,2019,40(08):6-22. 高铁锁,江涛,丁明松,等.辐射加热对返回舱气动热环境影响的数值研究[J].空气动力学学报,2015,33(01):36-41. 刘佳,阎超,赵瑞,等.DES方法对返回舱气动热环境数值模拟[J].北京航空航天大学学报,2013,39(05):590-594. by 4925
Q.E.D.
Q11
为什么在泳镜或潜镜内侧抹洗洁精后冲洗掉，能有效防止在水中起雾？据说唾液也可以，是真的吗？
by 鸽子耶大头
答：首先，我们需要了解为什么泳镜或潜水镜会起雾。当我们戴上泳镜进入水中时，脸部皮肤的温度通常高于水的温度。我们的呼吸和皮肤会释放出水汽，这些水汽在镜片内侧遇到较冷的镜片表面，就会凝结成小水滴，形成雾气。
这里我们引入一个重要的物理概念：表面张力。水分子之间通过氢键相互吸引，这使得水具有较高的表面张力。表面张力使得水倾向于形成球形的小水滴，因为球形具有最小的表面积，可以使系统的能量最低。这些小水滴在镜片上形成不规则的凸起，导致光线发生散射和折射，使我们使我们视线变模糊。
那么，洗洁精是如何改变这个情况的呢？秘密就在于洗洁精是一种表面活性剂。洗洁精分子具有特殊的结构，一端是亲水的，一端是疏水的。这种两亲性的结构使得洗洁精分子可以在水和空气的界面上排列，降低水的表面张力。
当我们在镜片内侧抹上洗洁精时，洗洁精分子会在镜片表面形成一层薄膜。这个薄膜改变了水分子和镜片表面的相互作用，降低了水的表面张力。结果就是，水分子不再倾向于聚集成小水滴，而是更容易在镜片表面铺展开来，形成一层均匀的水膜。
热力学的角度来看，系统总是倾向于能量最低的状态。小水滴的形成增加了系统的自由能，而均匀的水膜则降低了系统的自由能。洗洁精的存在改变了系统的能量分布，使得形成水膜比形成水滴更加有利。
另一个需要提到的概念是接触角，它是衡量液体在固体表面上的浸润程度的参数。接触角越小，液体越容易在固体表面铺展开来。洗洁精降低了水的表面张力，同时也降低了接触角，使得水更容易在镜片表面形成均匀的薄膜，而不是小水滴。
图一 接触角与浸润 为什么唾液也有帮助呢？是因为唾液中含有一些蛋白质，也具有降低表面张力的作用，许多潜水员会用唾液涂抹镜片。同理还有肥皂水、医药、化妆品等生活中的活性剂可以实现相同的效果。
by Chocobo
Q.E.D.
Q12
不小心把蟑螂吃了会怎么样？
by water
答：假设提问者所述的蟑螂是活蟑螂而不是熟的蟑螂，虽然蟑螂常常生活在垃圾堆与下水道等不卫生的地区，可能携带细菌和病毒，但是在我们人体的消化系统和免疫系统的保护下，意外吃下一只蟑螂通常情况下并不会对健康产生较大的影响。蟑螂进入我们人体后，其完整运动可分为以下几个过程：
消化系统 图源网络（freepik） （1）口腔阶段：蟑螂首先会在口腔中被咀嚼（也可能未经过咀嚼），口腔中分泌的唾液含有多种消化酶，这些酶开始分解蟑螂的某些组成部分，尤其是碳水化合物，同时还可以减少蟑螂所携带的一些细菌的活性。
（2）食道与胃部阶段：蟑螂被吞咽下去后，通过食道的蠕动传输到胃，胃酸（主要成分是盐酸）开始发挥作用，其强酸性环境可以杀死大部分病原体，同时胃蛋白酶等消化酶开始分解蟑螂的蛋白质结构。胃部同时也在进行机械性挤压帮助进一步分解蟑螂残躯。可以说胃部是我们消灭蟑螂最主要的武器。
（3）小肠阶段：蟑螂经过胃部后，进一步被运输到小肠。在此处，蟑螂基本上已经变成一些营养物质了，残留的病原体非常少。胰和肠道分泌的酶可以彻底将蟑螂分解成氨基酸与单糖等小分子进而吸收。此时免疫系统也发挥作用，例如巨噬细胞在内的多种免疫细胞在这里监视并清除可能剩余的病原体。
（4）大肠阶段：未被小肠吸收的蟑螂残余物进入大肠，进行水分和盐分的回收，其余废物被整理成粪便等待人体的排出。
因此，只要不大量食用未经处理的蟑螂，基本上不会对人体健康产生较大影响。对多数人而言，意外吃下蟑螂最主要的影响是引起心理上的不适或恐慌，这些情绪可能会导致反胃或呕吐等症状。
以上所述对大部分健康的人是适用的，但是也不排除少数特例，如引发过敏反应或病原体感染。其中过敏反应大部分发生在对蟑螂所携带的某些蛋白质成分敏感的人中，可能会引起皮肤红疹、发烧或腹泻等症状，严重时可能会引发休克。
实际上，蟑螂也称蜚蠊，其中的某些品种如美洲大蠊，经过特定处理后具有重要的药用价值，在《神农本草经》中便有了对先人们利用其药用价值的记载。目前，全国已形成人工养殖蜚蠊并用其制药的产业链，例如广为人知的康复新液，就是使用美洲大蠊提取物制成的。此外，像炸蟑螂等也是具有非常高营养价值的食物。
参考资料：
包文宝, & 诺民高娃. (2015). 浅谈人体消化系统的结构和功能. 养生保健指南：医药研究(15), 1. 袁荣兰. (1989). 蜚蠊的习性与防治. 浙江林学院学报. 戴云, 曾茗,项朋志. (2005). 蜚蠊的药用价值. 中药材, 28(9), 3. by 凉渐
Q.E.D.
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编辑：Sid
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