俺有點小內(nèi)向，

不好意思開口表白，

有什么好辦法可以幫幫俺嗎？

問答導航 Q1 剪短存在毛細作用的吸水管，水為什么不流出？ Q2 計算機屏幕原理是什么？ Q3 后羿需要多大力氣才能射日？ Q4 在路由器旁邊搶票網(wǎng)速會更快嗎？ Q5 暈車的人為什么會感受到車味？ Q6 為什么藕能拉絲？ Q7 乒乓球可以借力嗎？ Q8 慢加熱的蒸蛋為什么比快加熱的絲滑？ Q9 如何用代碼表白？

Q1 由于毛細作用，在一盆水中插入一根吸管，假設吸管中水位相對于盆中水位上升5厘米，從盆中水位上2.5厘米處將吸管剪斷（不考慮吸管形變），其他條件不變，為什么水不會從吸管上端流出？

by 一個剛剛學到浸潤的高中牲

答：

正常情況下，當我們在液柱中間剪斷吸管時，水一定不會從上端流出。這是由于水一旦能從上端流出，就會形成一個永動機，即水通過吸管不斷流回盆中，在沒有外部能量輸入的情況下卻能不斷對外做功，這種情況顯然違反了熱力學第一定律，所以水不會流出。那么在液柱中間剪斷吸管會發(fā)生什么呢？

圖1 將水盆中的吸管沿著液柱中間剪斷

液柱的產(chǎn)生源于水的表面張力。假設吸管是一根潔凈的毛細玻璃管，由于水與玻璃是浸潤的，吸管插入盆中液面會上升產(chǎn)生液柱，如圖1(a)。

毛細現(xiàn)象產(chǎn)生液柱的原理如圖2所示，由于液面處水的表面張力處處相等，在凹面上，表面張力的合力指向溶液外部，液體內(nèi)部的壓力小于外部，而上升的液柱的壓強彌補了這一部分壓力差，從而達到平衡。[1]（圖2中所畫的表面張力并不是二力平衡，而是夾角很大的兩個力，合力向液面外）

圖2 毛細現(xiàn)象的原理 [1]

由于水與玻璃的浸潤效果良好，液面會呈彎月凹面。在管徑足夠細的前提下，我們可以近似把圖1(a)中這個凹面看作是半球面，根據(jù)楊-拉普拉斯公式和力的平衡有

其中 為表面張力， 為液面的曲率半徑， 為水的密度， 為重力加速度， 為液柱高度。

此時我們從中間瞬間裁掉毛細管，如圖1(b)，剪斷瞬間，切口處液面平整，無法提供液柱壓強的平衡力，于是在表面張力的作用下切口處會重新形成新的彎月凹面，如圖1(c)。近似把這個新的彎月凹面看作是球面的一部分，此時根據(jù)楊-拉普拉斯公式和力的平衡有

由于相同溫度下水的表面張力是相同的，我們可以得到新的的曲率半徑是原來的曲率半徑的兩倍，即 。

綜上，如果你嘗試在吸管的液柱的任何位置剪掉吸管，水都不會從上端流出，液面會通過增大彎月凹面的曲率半徑來重新平衡液柱的壓強。剪斷前后的區(qū)別在于新形成的液面雖然仍是凹面，但比原來的液面更平一些。

參考資料：

1. 傅獻彩，侯文華. 物理化學:下冊[M]. 北京：高等教育出版社，2022: 341-344.

by endlesscliff

Q.E.D.
Q2 普通計算器使用的屏幕是什么原理？它是如何控制屏幕是否透光的？

by 匿名

答：

計算器使用的屏幕屬于是液晶顯示器(LCD)，液晶分子在特定條件下能夠有序排列，這種排列方式的變化會影響光的傳播路徑，從而實現(xiàn)光線的調(diào)制。這種液晶顯示器通常由以下幾個部分組成：兩層玻璃板夾持薄液晶材料組成的液晶層3；在液晶層兩側是偏振片1，5，能將自然光轉化為線偏振光，并且控制光線的透過方向，只有和偏振片振動方向相同的光才可以透過，其他偏振角度的光透過之后強度會與cos2(theta)成正比，theta為光偏振方向與偏振片方向的夾角。

2，4電極位于液晶層的上下表面，通過施加電壓來改變液晶分子的排列狀態(tài)。反射面可以將光線反射給觀察者6。計算器常用的段碼式LCD通常利用環(huán)境光來顯示信息。驅(qū)動電路負責接收計算器主板的信息，并將其轉換為相應的電壓信號施加到電極上，從而控制液晶分子的排列狀態(tài)。

依賴以上的結構，當沒有電壓施加到電極上時，液晶分子保持其自然狀態(tài)下的無序排列，此時光線在經(jīng)過液晶層和偏振片時會發(fā)生散射，導致屏幕呈現(xiàn)較暗或不透光狀態(tài)(可以理解為沒電壓施加默認是8，七個邊全黑)。當電極間施加一定電壓時，液晶分子會受到電場力的作用而發(fā)生定向排列，使得光線能夠按照特定的路徑穿過液晶層和偏振片，從而在屏幕上形成亮態(tài)或透光區(qū)域(2可以顯示成0，比如亮一個邊，看到為0，從而能在屏幕上看見)。

對于段碼式LCD而言，每個數(shù)字或符號都由多個獨立的段組成（如七段數(shù)碼管），每個段都是一個可以獨立控制的液晶單元。通過選擇性地激活這些段，就可以在屏幕上顯示出不同的數(shù)字和字符。

還有一種液晶是TN型液晶，它能夠扭轉光的偏振方向，使得在不施加電壓時為亮態(tài)，施加電壓時為暗態(tài)。所以大家看到的顯示器如果和筆者描述的不太一樣，可能是另一種液晶材料哦~

by 藍多多

Q.E.D.
Q3 后羿需要多大的力氣，才能把一支箭射到太陽表面上？

by 金烏

答：

先說結論：為了射中太陽，理想狀態(tài)下，后羿拉弓的力量要超過8000噸！接下來，就讓我們幫后羿好好算算這筆賬：

首先，后羿需要向哪個方向射箭呢？反直覺的是，如果直接瞄準太陽射箭，他就別想擊中目標了——因為地球本身在相對太陽高速轉動，瞄準太陽射出的箭會進入一個巨大的橢圓軌道，而不是落在太陽表面。正確的做法是：將箭送入一條霍曼轉移軌道。

圖：后羿射日（物理版）

如圖所示，箭的軌道應是一條橢圓軌道，在近日點與太陽表面相切，在遠日點與地球公轉軌道相切。已知太陽半徑、地球軌道半徑，我們計算得到這支箭在遠日點的速度應為2.87 km/s。然而，地球的公轉速度高達29.78 km/s，比我們要達到的速度大得多！因此，后羿需要向“后”射出這一箭，抵消一部分公轉速度（具體來說是29.78?2.87=26.91 km/s），才能把箭射到太陽上。

考慮到箭脫離地球引力范圍所需的逃逸速度，這支箭的初速度還要進一步提高，達到驚人的29.15 km/s，這個速度，比飛出太陽系需要的第三宇宙速度（16.7 km/s）還要大！

假設箭矢的重量為100 g，根據(jù)動能公式Ek=(1/2)mv2,它的動能高達4250 萬焦耳。假設后羿拉弓的行程為一米，拉弓所需的力量隨拉開的距離線性增加，那么后羿拉開這把弓所需的最大拉力就是85兆?！喈斢谂e起8500噸的重物！這力量是土星五號火箭起飛推力的兩倍還多!

當然，現(xiàn)實中是不存在如此強勁的弓箭的——即使我們搞定了弓，由于初速度過快，箭矢在大氣層內(nèi)將會面臨極其夸張的空氣阻力和氣動加熱。因此，從物理學的角度來看，或許后羿還是將箭頭裝在一枚巨大的火箭上比較方便。

by 冰糕

Q.E.D.
Q4 在路由器旁邊搶票，網(wǎng)速會更快嗎？

by 60321

答：

理論上講：會。但這并不是因為你的“下載速度”變快了，而是因為連接更穩(wěn)、延遲更低了。這就好比你在教室里聽課，坐在第一排確實比坐在最后一排聽得更清楚（信號強度高），也更不容易被同學的竊竊私語打擾（信噪比高）。

從原理上看，Wi-Fi 信號遵循平方反比定律，距離越近，路徑損耗越小，信號質(zhì)量就越好。雖然這確實能協(xié)商出更高的速率，但對搶票而言，更有價值的是高信噪比帶來的高可靠性。

搶票拼的不是“帶寬”（比如一秒鐘能下載多少電影），而是“響應速度”。靠近路由器能顯著減少因信號微弱導致的數(shù)據(jù)包丟失。一旦發(fā)生丟包，Wi-Fi 底層就需要進行物理層重傳。每一次重傳都會帶來幾毫秒到幾十毫秒的額外延遲——在毫秒必爭的戰(zhàn)場上，這往往就是“有票”與“缺貨”的區(qū)別。

不過，實操中有幾個“防坑指南”：

1. 別“貼臉”：不要把手機直接綁在天線上。家用全向天線的輻射呈“甜甜圈”狀，天線頂部和根部信號反而最弱；且距離太近可能受近場效應干擾，得不償失。保持 1-2 米的無遮擋視距通常是最佳位置。

2. 首選 5GHz：近距離下，5GHz 頻段干擾少、信道干凈，遠勝擁堵不堪的 2.4GHz（這里擠滿了鄰居的 Wi-Fi 和藍牙信號）。

3. 有線才是神：Wi-Fi 本質(zhì)是時分雙工（輪流收發(fā)），天生存在等待延遲；而網(wǎng)線是全雙工（同時收發(fā)）且抗干擾。想物理開掛，請直接給電腦插網(wǎng)線。

當然，搶票的終極瓶頸永遠是目標服務器。如果服務器崩了，你就算坐在路由器上也是徒勞。

參考資料：

1. Gast, M. S. 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide[M]. O'Reilly Media, 2005.

2. Perahia, E., & Stacey, R. Next Generation Wireless LANs: 802.11n and 802.11ac[M]. Cambridge University Press, 2013.

by 檸七

Q.E.D.
Q5 為何暈車的人在車里會感受到一股“車味”？

by Silly Ink 沈以墨

答：

這其實是揮發(fā)性有機化合物（VOCs）與大腦的條件反射共同“合謀”的結果。

首先要明確一點：“車味”并不是心理作用，而是真實存在的化學信號。汽車內(nèi)飾中的皮革、塑料、地毯和粘合劑在高溫或密閉環(huán)境下會持續(xù)釋放多種揮發(fā)性有機化合物（VOCs），其中可能包括醛類、酮類及部分芳香烴類物質(zhì)；老舊車輛還可能疊加霉味或汽油味，共同構成我們熟悉的“車內(nèi)氣味”。在通風不良的車廂里，這些異味分子會不斷累積，同時二氧化碳濃度也會上升，容易讓人感到昏沉、頭暈，降低對不適的耐受度。

但為什么不暈車的人只覺得這是“新車味”，而有些人卻“一聞就難受”？這涉及心理學中的味覺/嗅覺厭惡學習，也稱加西亞效應。

暈車的根源通常是感覺沖突：內(nèi)耳前庭感到身體在運動，而眼睛看著車內(nèi)靜物卻暗示“沒動”。一種進化心理學解釋——“毒素假說”認為，大腦可能把這種異常知覺誤判為中毒跡象，從而更容易啟動與惡心、嘔吐相關的神經(jīng)通路。

關鍵在于：如果一個人多次在聞到“車味”的同時經(jīng)歷暈車，大腦會逐漸形成強烈聯(lián)結——“車味 = 危險”。此后再次聞到氣味時，相關記憶網(wǎng)絡會被激活，喚起厭惡與焦慮反應，提高惡心傾向并降低耐受度。有些人甚至在車未啟動時就會反胃；更多人則表現(xiàn)為氣味“放大”了行駛后的暈車反應。

因此，開窗通風或定期更換空調(diào)濾芯，不僅能換氣、稀釋異味和降低二氧化碳濃度，也有助于削弱這種“氣味—不適”的條件關聯(lián)，打斷心理與生理相互強化的循環(huán)。

參考資料：

1. Klosterhalfen, S., et al. Pavlovian conditioning of nausea and vomiting[J]. Autonomic Neuroscience, 2000, 85(1–3), 142–150.

by 檸七

Q.E.D.
Q6 為什么藕能拉絲？

by （｀Δ′）！

答：

蓮藕拉絲，拉的其實是內(nèi)部運輸組織中螺旋狀導管的導管壁。當蓮藕被掰斷，這些導管壁會像彈簧一樣被拉長，形成獨特的拉絲現(xiàn)象，當螺旋導管壁達到極限后就會斷開。如果你放大仔細看，能看到這個絲是波浪狀的，越新鮮的藕拉出來就是波浪的，放久了的藕拉的絲就會比較脆。

蓮藕借助輸導組織來運送營養(yǎng)物質(zhì)，活的韌皮部的篩管將光合作用產(chǎn)生的糖分輸送到根部和地下莖，死掉的木質(zhì)部的導管將淤泥當中的根部吸收的水和離子運輸?shù)饺~片當中，活的負責運輸水分。藕莖中的導管細胞壁在生長的過程中呈螺旋狀加厚，當它并在成熟時形成就會死亡，留下中空的管道作為氣道幫助根部呼吸用于運輸水分和養(yǎng)分。我們吃的藕其實是一種變態(tài)的根狀莖，真正的根是藕節(jié)之間的須狀物。

by 藍多多

Q.E.D.
Q7 乒乓球教練教學生借力打球，力能借嗎？

by 匿名

答：

乒乓球的借力本質(zhì)上是利用來球的動能將其彈回，而非僅僅依靠球拍發(fā)力。

我們將問題簡化，在不考慮旋轉的情況下，可將乒乓球視作質(zhì)點。在人完全不發(fā)力，即球拍靜止不動時，來球在剛剛接觸球拍和被彈回的瞬間可以近似看做動量的大小相等，方向滿足入射角等于出射角。也就是說，理想情況下，乒乓球飛來得有多快，被彈出去就有多快。所以我們只需要控制球拍的角度，并且適當?shù)脑黾踊蛘邷p少擊球的“力度”，從而達到對球的控制。

借力也就是要考慮球本身就具有的動能，并在此基礎上去控制球的角度和速率，而非真正的“借”。

by 跑馬仔

Q.E.D.
Q8 為什么慢慢加熱的蒸蛋比快快加熱的蒸蛋絲滑？

by 小滿

答：

同學你好！問出這個問題相信你一定是老吃家了。

蒸蛋的本質(zhì)是在蛋液中加適量水，通過在高溫下讓蛋白質(zhì)均勻適度變性鎖住水分子，形成美味的蛋白質(zhì)水凝膠。而蒸蛋加熱的速率決定了蒸蛋的順滑程度，這是一個溫度梯度導致的非平衡熱力學問題。

首先，我們引入傅里葉熱傳導定律：q=-k?T。單位時間傳導的熱量q是正比于材料的熱導率k和溫度差?T的。當你使用大火快快加熱時，蒸鍋內(nèi)的蒸汽通量巨大，蒸蛋碗的外壁溫度迅速升高。由于蛋液的熱導率（k）并不高，熱量向碗內(nèi)傳遞較慢，這會在碗內(nèi)產(chǎn)生一個較大的溫度梯度。碗邊的蛋液達到變性溫度（約70℃-80℃）甚至沸點，而中心可能還是液體。為了讓中心的蛋液凝固不得不延長加熱時間，導致碗邊的蛋白質(zhì)高溫變性過度交聯(lián)，過度緊密的蛋白質(zhì)分子網(wǎng)絡會失去彈性和含水性，在宏觀上表現(xiàn)為質(zhì)地老硬。而文火慢慢加熱時，系統(tǒng)處于一個準靜態(tài)過程中，內(nèi)部溫度場分布更加均勻。蛋白質(zhì)幾乎是在全空間同步變性凝固，整體一致性較高，自然如絲般順滑。

此外，衡量蒸蛋外觀最重要的就是表面絲滑沒有氣泡。那氣泡的來源是什么呢？是蛋液中溶解的微量的空氣和本身的大量水分。在大火下，靠近碗底的局部溫度會迅速達到水的沸點，引發(fā)局部相變。水蒸氣在蛋白質(zhì)凝固前迅速成核，形成氣泡。如果加熱過快，變形凝固的蛋白質(zhì)會在氣泡還沒來得及受浮力排出時，就將其鎖死在凝固好的蒸蛋中。慢速加熱則將系統(tǒng)維持在沸點以下，抑制了蒸汽泡的成核率，保證了基質(zhì)的連續(xù)性和完整性。

by 單身男青年

Q.E.D.
Q9 你是一個編程新手，但是想給對象寫個代碼表白，應該怎么做？

by 我也要表白么？

答：

春天來了，萬物復蘇，又到了動物們啊不，又到了一年一度的情人節(jié)了，空氣中彌漫著成雙成對的氣息~（才不羨慕呢?。┙酉聛砭妥尡竟竟窘o你帶來一點編程魔法吧！

開始前，我們先來拆解一下需求：首先，編程新手和更加不懂編程的對象的組合，要求我們使用的環(huán)境最好是系統(tǒng)自帶的，避免繁瑣的環(huán)境配置；其次，程序想要表達的核心內(nèi)容最好具有隱蔽性，不要讓對象拿到源代碼的一瞬間就看到謎底。那么主播主播，有沒有能滿足以上兩個需求的簡單又強勢的工具呢？

有的，兄弟，有的！windows的powershell和macOS的bash命令行工具都是系統(tǒng)自帶的，即開即用；而在隱蔽性上我們可以使用以上兩者自帶的Base64編解碼器來給我們想要表達的內(nèi)容套上一層“保護罩”。

Base64是一種將二進制數(shù)據(jù)（如圖片、文件）轉換為由64個可打印ASCII字符（A-Z、a-z、0-9、+、/）組成的文本格式的編碼算法。它原本的用途是在一些只能傳遞文本的場合（比如郵件）通過編碼來傳輸本來不能傳輸?shù)亩M制文件，在這里我們的用途是用它將原本人類可讀的文字轉化為沒人能一眼看穿的“亂碼”。

那如何使用呢？第一步是把我們想要表達的內(nèi)容編碼為Base64格式的數(shù)據(jù)，以“情人節(jié)快樂”為例：

echo "情人節(jié)快樂" | openssl base64

運行后程序會輸出一段諸如“5oOF5Lq66IqC5b+r5LmQ”的字符，這個就是編碼得到的結果，我們再對其進行解碼，即可得到我們想表達的內(nèi)容：

echo "5oOF5Lq66IqC5b+r5LmQ" | openssl base64 -d

下圖是在windows中使用powershell的運行效果：

實際使用中，編碼時可以將“情人節(jié)快樂”替換為自己想要說的話，然后將編碼得到的結果替換掉解碼代碼中的“5oOF5Lq66IqC5b+r5LmQ”，最后根據(jù)你對象使用的操作系統(tǒng)，將替換好的解碼代碼發(fā)給TA，指導其打開命令行運行就可以啦~

最后，祝讀到這條的各位表白成功，天下有情人終成眷侶！ （什么？你想不出來該說啥！那也沒關系，可以用本咕咕事先準備好的神秘消息哦~）

ICAgICAgICAgICAgICAgICAuKjogICAgKisgLi4gICAgICAgICAgICAgLTogICAgICAgICAgICAgIzogICAgIC4lOiAgICAgICAgIDo9ICAgIC4jOiAgICAgICAgICAgIC46Oi0tPSsqKyAgICAgICAgICAgICAgICAgICAKICAgICAgICAgICAgICAgICA6QDogKyoqQCUrKz0gICAgICAgICAgICAtQD0gICAgICAgICAgKioqQCUqKioqKiNAIyojLSAgICAgIColICAgLi1AKzouICAgICAgICA9JSUqKys9PS06OiAgICAgICAgICAgICAgICAgICAKLj0jIysuIC0qIyo6ICAgIDotQD0gPSoqQCUrKjogICAgICAgICAgIC5AKiAgICAgICAgICAgOjouKiUuLi4uLiolOjo6LiAgICAgIColLjojIyVAKislIy4gICAgICA9QDogICAgICAgICAgICAgIC0qJSUqOiA9IyUjKy4KQEBAQEBAJUBAQEBALSAgOkArQCMjLT09QCMrKyoqLiAgICAgICAgICNAOiAgICAgICAgICAgICA6PSsrKysqKiMqLiAgICAgOiUtLSUlIyo6ID1AICAtQDogICAgICBAKyAgICMjICAgICAgICAgPUBAQEBAQCVAQEBAQEAKQEBAQEBAQEBAQEBAKiAgKiUtQCAuKyorKyoqPTouICAgICAgICAgK0A9JSsgICAgICAgICAgICAqKz0jQC06Li4qQDogICAgICVAQEAqIC4gICMjICAqJS4gICAgIC1APTo6LSVAPSsqIyMuICAgI0BAQEBAQEBAQEBAQEAKJUBAQEBAQEBAQEBAOiAgQD09JSAgLiUjKisrJT0gICAgICAgICA9QC0gLiMjLiAgICAgICAgICAgICArQCAgICA6QC0gICAgIC4rOiUqOj09K0AjKiolJSorICAgICArIyMqKiVAKz0tOjogICAgLUBAQEBAQEBAQEBAQEAKLiNAQEBAQEBAQEAtICAgOiArJSAgLkAjKysgIyMgICAgICAgIC1APSAgICArJS0gICAgICAgICAgICArQCAgICAqQCAgICAgICAgICUrOj0tJSU6Li4gICAgICAgOiMuICAgID1ALiAgOkA9ICAgICpAQEBAQEBAQEBAQDoKICA9JUBAQEBAKi4gICAgICArJSAgLkAjKysgJSogICAgICAgOkArICAgICAgOiUqLiAgICAgICAgICAqJSAgIC1ALSAgICAgICAgIEArICAtQDogOiMtICAgICAgI0ArPS0gID1AOj0jI0AlICAgICA9JUBAQEBAQEAqLiAKICAgIDorKi0uICAgICAgICAjJSAgIEArOjouQD0gICAgICAuJSogICAgICAgIC4qIyAgICAgICAgICAqJSAgICAgICAgICAgICAgLkA9IC1APSAgIDoqIzogICAgI0AlKj06LitALSAtKyMqICAgICAgLj0lQEBAKjogICAKICAgICAgICAgICAgICAgICA9PSAgICs6ICAuKy4gICAgICAgOiAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgICAqJSAgICAgICAgICAgICAgICs6ID09ICAgICAgLSsgICAgIC4gIC0qIyMrICAgICAgICAgICAgICAgOi0uICAgICA=

by 小咕咕

Q.E.D.

投票

本期答題團隊

endlessclif、藍多多、跑馬仔、單身男青年、檸七、冰糕、小咕咕

往期也精彩

編輯：涼漸&4925