問答導航
Q1 為何有些顏色讓人看著難受？
Q2 同力捶桌子為何比捶棉花疼？
Q3 為什么電話線是螺旋狀？
Q4 公交地鐵停穩(wěn)時為何會猛晃？
Q5 充電快慢取決于線還是頭？
Q6 影子靠近為何形成“影子橋”？
Q7 空氣濕度是如何計算出來的？
Q8 白光下手機屏幕為何現(xiàn)彩色？

by 歸零

答：

先說結論：其中的關鍵在于它們有沒有把你的視覺系統(tǒng)逼到高負荷運轉——一旦處理成本太高，眼睛和大腦就會本能地“抗議”。

可以把人眼想成一臺會自動調節(jié)的相機。視網(wǎng)膜里的三類視錐細胞分別負責不同波段的光，當你看的是低飽和、過渡平緩的顏色時，這套系統(tǒng)基本在“巡航模式”，信號傳遞順暢，大腦處理起來也很輕松。但如果是高飽和、強對比的組合（比如純紅配純藍），等于同時把幾路信號推到極端，大腦要花更多力氣去“調和沖突”，刺眼、發(fā)緊的感覺就出來了。

亮度差也是一把“隱形油門”。特別亮和特別暗的顏色放在一起，會讓瞳孔和視覺神經(jīng)頻繁調整，有點像你在強光和暗處之間來回切換，時間一長自然容易疲勞。再加上那些密集、細碎、對比強烈的圖案，會不斷刺激視覺系統(tǒng)的邊緣檢測機制，讓人很難真正放松。

至于為什么很多人偏愛藍天、綠色這類柔和色調，也可以從經(jīng)驗上理解：我們長期生活在這樣的環(huán)境里，大腦更習慣處理這類“溫和信號”，負擔更小。

說到底，眼睛并不是真的在“挑顏色”，它只是更偏向那些處理起來不費勁的光。

參考文獻：

1. 彭聃齡. 普通心理學(第5版)[M]. 北京: 北京師范大學出版社, 2019.

2. Wandell B A. Foundations of Vision[M]. Sunderland: Sinauer Associates, 1995.

by 檸七

Q.E.D.
Q2 相互作用力一樣大，那為什么用同樣的力捶桌子比捶棉花感覺疼？

by 炮

一般我們說用同樣的力捶 其實是控制手揮出去的速度一致。從動量角度來看，兩種情形下手的速度都是從某一個值降到0，動量變化相同。

但由于棉花比較軟，手捶下去時棉花被壓縮，延長了減速時間。根據(jù)動量定理

相同動量變化下，作用時間越長，平均作用力越小。因此，棉花的緩沖作用讓平均作用力比捶桌子要小。

那在整個過程中牛頓第三定律依舊滿足。牛頓第三定律說的是同一瞬間、同一對物體之間的瞬時作用力總是大小相等、方向相反。而動量定理給出的，是整個撞擊過程中的平均作用。此外，捶棉花時，棉花會發(fā)生明顯變形并包裹拳頭，實際接觸面積會增大，從而減小了壓強。因此，捶桌子時平均力更大、壓強更高，而捶棉花時力更平緩、壓強更小，所以捶桌子比捶棉花感覺更疼。

by Sid

Q3 為什么電話線是螺旋狀？

by 匿名

答：

以前的電話線其實也是直的，但后來經(jīng)過人性化的改良之后，才把直的電話線改成了螺旋狀的線圈。因為使用時需要經(jīng)常拿起來，而且偶爾會需要四處走動，就需要電話線能夠長一點，但如果是很長的直線，把聽筒放回機座的時候，這種長線就會非常的凌亂而且時間長了可能會打結(參考耳機線)，且很占地方，線掛地上臟，放桌子上又亂。因此發(fā)明者就把連接線做成螺旋狀，這樣使用時能自然拉伸，回收的時候又會因為拉力自然收縮。

還有因為電話線是經(jīng)常被拉扯的部件(用老式電話機打電話的時候，不信你不玩電話線)。螺旋形狀能均勻分散拉伸時的張力。當你用力拉聽筒時，螺旋線會伸展，起到緩沖作用，防止內部脆弱的銅導線被直接拉斷。由于線纜懸空且能自動回縮，避免像普通長線那樣在桌角被反復摩擦或在地面上被踩來踩去，減小使用損耗。

by 藍多多

Q.E.D.
Q4 為什么像公交車，地鐵這類在減速的時候能夠感受到一點微微的加速度，但是在最后停穩(wěn)的那一瞬間會突然有一個很大的先正向再反向的加速度，表現(xiàn)為最后停的時候所有人都會很猛的晃一下

by ChimeSky

答：

慣性，是描述物體在沒有外力作用時會保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)的一個性質。

我們?yōu)榱吮阌诶斫?，可以把車當成一個彈簧車，這是為了放大變化，僅作為解釋說明。首先是減速，當車輛在減速時，因為慣性車的重心會保持原本的狀態(tài)向前移動，所以公交車或者地鐵車身前部的懸掛彈簧先會劇烈壓縮，然后再回彈，這時候整個車身就會表現(xiàn)出點頭的狀態(tài)。

汽車原本行駛過程時突然減速，彈簧被壓縮

減速的部分我們說完了，接下來說一下停車的部分，停車的晃動稍微復雜點。

在車輛即將完全停穩(wěn)的瞬間，原先一直處于壓縮狀態(tài)的彈簧會一下子釋放，車就會猛地一晃，這個反彈力傳遞給乘客的時候就會感覺身體被推了一下。

車和人一起在勻速行駛的過程中，本來是保持相對靜止的，結果車猛地一減速，人身體因為慣性還是保持向前的趨勢，但是腳底板被摩擦力固定，就形成了一個力矩，以腳為支點的力矩，所以你就會往前傾。為了不上自己摔倒，你就會向后發(fā)力保持平衡。當車輛完全停穩(wěn)的瞬間，向前的慣性力突然消失了。但你的肌肉還來不及放松，仍然保持著向后用力的狀態(tài)。這股“多余”的力量就會讓你的身體猛地向后仰一下。

并且這種現(xiàn)象在站著的乘客身上比坐著的乘客更明顯，站立的乘客重心更高，平衡更難維持，因此對車輛的加減速和晃動會更加敏感。

by 藍多多

Q.E.D.
Q5 充電的快慢是取決于充電線、還是充電頭？

by 茉立

答：

先說結論：充電快不快，不是頭或線單獨說了算，而是由“充電頭、充電線、手機”共同決定。這其中存在著木桶效應，充電速度被這三者中最弱一環(huán)卡著上限。

充電頭是“水泵”，決定供電天花板。它負責將 220V 交流電轉為手機能用的直流電。支持快充的頭能動態(tài)調配電壓和電流，把水壓拉滿。但水必須通過“水管”（充電線）輸送。普通線內部銅芯細、電阻大，強過大電流不僅發(fā)熱還容易燒毀。因此，很多高功率快充線頭里會特意藏一顆E-Marker 芯片。它相當于通行證，沒它確認安全，系統(tǒng)絕不敢火力全開。

這里最核心的其實是手機，它才是掌控全局的“大老板”。插電瞬間，手機電源管理芯片會和充電頭瘋狂“對暗號”（即驗證快充協(xié)議）。只有握手成功且查驗線材達標，才會允許大功率注入。不僅如此，手機還會動態(tài)“踩油門”：低電量時全速灌水，快充滿時果斷切成涓流慢充來保護電池壽命。

所以，想體驗滿血快充，務必湊齊協(xié)議匹配的“快充頭+特制線+兼容手機”。下次如果充電速度沒達到預期，別急著讓充電頭背鍋，不妨先查查那根平時最容易被忽視的數(shù)據(jù)線，看看它是不是成了隱藏的“限速器”。

參考文獻：

1. Erickson R W, Maksimovi? D. Fundamentals of Power Electronics (2nd ed.)[M]. New York: Springer, 2007.

by 檸七

Q.E.D.
Q6 為什么兩個影子相互靠近，在碰上前那一刻會像水的表面張力一樣吸引在一起形成一個“影子橋”？

by 皮夾克

答：

雖然“影子橋”看起來特別像水滴相遇時的表面張力，但它背后并沒有真正的物理吸引力，而是源自光源的幾何學特征和人類的視覺錯覺。

如果照亮物體的光是一個理想的點光源，那么物體的影子邊緣會非常銳利，兩個影子靠近時也會像兩個磚塊一樣，直到真正碰到才會連在一起。但在日常生活中，無論是太陽、日光燈還是手機閃光燈，都有一定的體積，屬于擴展光源，比如小編的手機閃光燈就是一個長條形的擴展光源：

因為光源有面積，光線會從不同的角度射過來，這就導致影子的結構分成了兩部分：光源被物體完全擋住的地方是本影，最黑。光源只被擋住了一部分的地方是半影，這里的影子是灰色的，邊緣是模糊的。因此我們看到的影子邊緣，其實不是非黑即白的界線，而是一層逐漸變淡的灰色“半影”。

這是小編手機閃光燈下兩根手指的影子，由于閃光燈近似是一個線光源，只有在平行于光源的方向上，半影比較明顯。當兩根手指的影子逐漸靠近時，“本影”還沒接觸，但它們邊緣的“半影”已經(jīng)開始重疊了。當兩個半影重疊，中間縫隙瞬間變暗到和本影接近，和旁邊的亮度形成了巨大反差。此時，你的大腦和眼睛會立刻判定：“這里也是影子的一部分！”于是，在你的視覺中，原本各自獨立的兩個黑影，像水滴的表面張力一樣把彼此“吸”了過去，形成了“影子橋”的視覺效果。

不過，小編的手機閃光燈，實際上是兩個近似點光源的 LED 燈珠縱向排列而成——因此還原不出很自然的“漸變”效果。大家可以拿起手邊的光源，或是在晴天的太陽底下，親自嘗試一下哪些光源能夠形成“影子橋”呢？

by 冰糕

Q.E.D.
Q7 空氣濕度是怎么算出來的，56%的濕度是說明空氣中 56%是水蒸氣嗎

by W

答：

日常生活中我們說的“濕度 56%”，并不是指空氣中有 56%是水蒸氣。實際上，無論在什么樣的高溫高濕天氣下，水蒸氣在空氣中的總體積占比都非常小，通常只在 0%到 4%之間，而我們平常說的“濕度”，其實是“相對濕度”，它表示的是在當前的溫度下，空氣中實際含有的水蒸氣量，占空氣所能容納的“最大水蒸氣量”的百分比。

相對濕度的計算公式是：相對濕度 = (實際水汽壓 ÷ 飽和水汽壓) × 100%，其中“飽和水汽壓”是在當前溫度下，空氣中水蒸氣能達到的最大壓力。為什么要強調“當前溫度”呢？這是因為飽和水汽壓會隨溫度上升而增加——也就是溫度越高的空氣，能夠“承載”的水蒸氣越多。

生活中，我們?yōu)槭裁匆褂孟鄬穸饶兀?strong>因為相對濕度直接關系到人體的舒適感、物體的干燥/發(fā)霉、天氣是否會下雨。我們感覺“潮濕”還是“干燥”，主要取決于相對濕度——相對濕度低時，空氣中的水蒸氣遠未達到飽和，汗水很容易蒸發(fā)；而當相對濕度達到 100%，空氣無法再吸收哪怕多一丁點兒的水蒸氣，多出來的水蒸氣就會凝結成液態(tài)水（如起霧、結露水或者下雨）。此時人們身上的汗水也完全無法蒸發(fā)到空氣中去，因此在相對濕度 100%的環(huán)境中，即使溫度不是很高，人們也會感到極其悶熱。當然，嚴格來說相對濕度的上限并非 100%，在空氣中缺少凝結核等條件下，也可能出現(xiàn)相對濕度超過 100%的過飽和狀態(tài)。

by 冰糕

Q.E.D.
Q8 這是在車站候車室拍的照片，為什么手機屏幕會出現(xiàn)彩色，候車室的燈光都是白色?

by 乒乓

答：

先說結論：你的手機沒壞，只是客串了一把“反射光柵”，把候車室的白光當場拆成了彩虹。而且，這絕非雨后那種普通的彩虹。

關鍵在你的屏幕。顯微鏡下，屏幕面板內密密麻麻排列著絕對規(guī)則的像素點陣與觸控網(wǎng)格。在光的尺度上，這層二維結構就像兩把互相垂直的極密“梳子”。當包含各色光波的白光照到“梳子”上時，會觸發(fā)物理學上的“衍射與干涉”。這里必須請出光柵最靈魂的公式：

其中 是光波長， 是偏折角， 是代表“衍射級次”的整數(shù)。這個極簡的公式揭示了兩個硬核真相：

第一，波長 越長的光，偏折角 就越大。所以紅光被甩得遠，藍紫光離得近，白光就這樣被按顏色拉開。第二，最神奇的地方在于，因為 是整數(shù)（比如 1,2,3...），這意味著這種色散現(xiàn)象不是只發(fā)生一次，而是會在空間中按特定的角度周期性地反復出現(xiàn)！

由于屏幕是一張二維十字網(wǎng)格，這些周期性重復的彩色光帶便沿著水平和垂直方向同時向外發(fā)散，最終形成了照片中那種一層接一層、不斷重復的十字彩虹陣列。

你不僅拍到了光被拆解，更拍到了光波遵循物理規(guī)律在空間中跳躍的瞬間。下次等車無聊時不妨多轉轉手機，你手里握著的，本就是座能隨時把玩的光學實驗室。

參考文獻：

1. Hecht E. Optics (5th Edition)[M]. Pearson, 2016.

by 檸七

Q.E.D.