Q1

为什么空竹会发出很迷幻的声音？

by 知寒

答：

空竹，是一种用线绳抖动使其高速旋转而发出响声的玩具。唐朝太平盛世，温饱之余，人们有了竞技体育和娱乐的双重需求。起初，皇室成员利用空竹既可以进行休闲娱乐，又可以强身健体。随着朝代的更替，皇室没落，空竹便在民间流传开来，成为我国民俗技艺。在北京的各种公园里更是经常能看到，真的是“抖出来”的文化瑰宝。

空竹之所以可以绕绳转起来，就类似于陀螺、回转仪，本质是进动，核心概念也就是动量矩。而空竹的声学原理，则主要是由于空竹的快速旋转，使得空竹内腔的空气就会按一定频率振动，从而发出声音。而气柱的长短以及空竹的转速都会影响发出声音的大小。此外，空竹的地盘有多个开口（开口个数不一），开口之间不相通，这时大小开口同时发出声音产生共鸣，使得声音听起来很迷幻。

by Aaron Chen

Q.E.R.

Q2

钥匙开锁是什么原理，为什么将铁丝塞入锁芯也可以将锁打开？

by 向往中二所的姑娘

答：

传统常见的弹子锁的基本结构包括锁芯、弹子[dàn zǐ]、弹簧、锁舌组成。如下图所示，当我们未放入钥匙的时候，锁内的蓝色的平头弹子往下推，令锁芯不能转动；当我们放入正确的钥匙的时候，蓝色的平头弹子、红色的下弹子之间的空位成一直线，与黄色的锁芯对齐。当弹子之间的空位与转线对齐，黄色的锁芯便可转动开锁。铁丝的原理同样如此，找准角度与弹簧弹子发生一定的挤压与锁芯相脱离，铁丝就能发挥钥匙的作用把锁打开了，因此这种传统的锁的安全性也是非常低的。现在广泛使用的防盗门上的门锁排列更加复杂，有些还会加上各种电子防盗手段，就很难利用铁丝的方式将之撬开了。

by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.

Q3

为什么用微波炉加热馒头，刚出来很软但是过了几分钟就会变硬？

by 雅君

答：

首先面粉变成馒头是淀粉糊化，冷藏以后馒头会变硬是因为糊化的面粉老化。用微波炉加热馒头就是复热过程。

我们可以了解一下微波炉加热的原理：微波是一种特殊的“光”，和可见光一样是一种电磁波。这种肉眼看不到的波，可以穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子随之运动，剧烈的运动产生大量的热能，于是食物“煮”熟了。当我们把馒头放入微波炉时，随着加热的进行，馒头的淀粉逐渐糊化，此时的馒头开始变软。当我们持续加热，温度继续升高时，水分子运动加速，水分散失速度加快，直至大部分水分被蒸发出去。当我们将加热好的馒头拿出来时，可以看到馒头还是松软的，但因为在加热的过程中，馒头内部的水分子加速运动，水分大量蒸发，静置几分钟后，馒头的表皮及内部会快速变皱，变硬。不论用什么方法蒸煮，馒头凉下来的过程会伴随着淀粉的老化，逐渐变硬。馒头的硬度也与复热的方法、冷却时的湿度环境和变温过程有关，还与面粉中直链淀粉和支链淀粉的比例有关。

所以直接热馒头可能会二次糊化不足，口感粗糙或者没有热透，让馒头外表也沾上点水，或者在盘子底部略加一点水，这样加热出来的馒头会比较松软。

by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.

Q4

为什么GPS导航能够识别汽车是在高架桥上面还是下面？

by 姚瑞平

答：

原理上讲，GPS能够给出高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，三维位置信息中包括了高度信息，GPS导航是可以做到高度识别的；但由于精度限制，GPS民用领域开放的精度约为10米，实现高度分辨较为困难。不少车主在实际开车过程中也会遇到导航仪定位错误的问题，比如将高架桥上面定位到高架桥下面或者在某些地方定位偏离。最直接的实现高架桥高度识别的方法当然是增加定位和导航精度了，但实际操作上可能会面临困难。

现介绍两种用于实现高架桥高度识别的方式：

1、利用GPS给出位置信息的绝对高度的变化趋势判断实际高度的变化趋势，结合已有的三维路网地图，进而确定汽车是否上高架桥。尽管GPS给出的单个位置高度信息不精确，可能存在跳点，但其高度变化趋势能够反应实际高度变化趋势。对GPS给出的高度信号进行滤波处理，得到高度变化趋势，即可结合地图信息给出汽车高度是否发生变化，进而及时更正导航信息。

2、采用高度判断辅助系统，比如利用陀螺仪传感器元件等。通过陀螺仪传感器得到汽车行使时的倾斜角度变化，结合交通地理信息系统资料库内存储不同的多层道路的倾斜角度，比较汽车倾斜角度变化和天桥引道处倾斜角度的相差大小，从而确认汽车到底是驶上天桥，还是继续在地面上行走。

参考：《基于GPS数据的立交桥识别及层次判断算法》龚勇，宋万忠

by 勿用

Q.E.R.

Q5

我们闻到食物的香味是因为闻到了气体分子，那么我们为什么贴近一本书的时候会闻到书香气？难道书一直在往外面散发分子吗？by 276

答：

与所有的香味一样，书香源于若干化学成分。旧书的书香气让人陶醉，新书的味道也让人觉得自己如一个翩翩公子。但是"书香气"的秘密，也许和你想象的大相径庭。

浪漫一点的说法是：古人为了防止虫子咬食书籍，将一种有清香之气的芸香草置于书中。芸香草亦称芸草，为多年生草本植物。这种草有一种清香之气，夹有这种草的书籍打开之后清香袭人，故而称之为“书香”。

国外科学家也做了相关研究：抽取了旧书散发的空气后发现，有苯甲醛（杏仁味道）、香兰素（香草味道）、甲苯、乙苯（甜香味道）以及2-乙基己醇（花香）等多种芳香族化合物的味道。它并不是单纯的一种味道而是多种。这些成分其实含量很低，但是易挥发，很低的浓度下我们的嗅觉就可以嗅探到。这些味道来自哪里？基本都是纸张的木质素，酸水解化学反应得到的，这个过程还使得纸张发黄。

而“新书气味”很可能有三个主要来源：纸品本身（和制造中使用的化学物质）、用于印刷的油墨和用于书本装订的胶剂。所以书散发的“臭味”也许只是浓重的化工气味(有些书的味道就是臭味~），这时还是晾晾再读。

而以上这些“书香气”的来源则是通过气体分子的扩散过程进入我们的鼻子引起我们的嗅觉的。气体扩散过程指某种气体分子通过扩散运动而进入到其它气体里，因为气体分子的不规则运动比较激烈，所以气体扩散效应比较明显。根据扩散定律，扩散物质在单位时间内沿法线方向流过单位面积的曲面的质量与物质浓度沿法线方向的方向导数成正比，即：

通俗来讲，单位面积物质的扩散速率与物质的浓度梯度以及扩散系数有关，浓度梯度越大，扩散速率越快；气体分子的扩散系数一般与气体分子的分子量、温度、压强等因素有关，分子量越小，温度越高，气体分子不规则运动越剧烈，扩散系数一般越大。(为气体分子扩散系数)

所以当我们打开书本时，在书本附近的有“书香气”的气体分子浓度远高于书本周围的空气，微观上相应气体分子一直在做不规则热运动，宏观表现为气体分子从高浓度向低浓度扩散，最后使人闻到馥郁的书香。当然，如果将书本敞开在空气中放很长时间，闻到的书香可能就没有那么浓烈了。

by 懒懒的下午三点半、勿用

Q.E.R.

Q6

冲浪的人是怎么上浪？还有冲浪原理是什么？

by 元之举

答：

理解冲浪这一现象，第一个要解决的问题是，为什么能够站在冲浪板上，不沉到水里去？这个很简单，就像你坐在小船里一样，可以浮在水面上，这就归功于浮力。冲浪板是由比水密度小的泡沫塑料或者碳纤维材料制成，当然冲浪板的尺寸和结构都有利于其排除更多的水量，从而提供更大的浮力，用来抵消人和冲浪板的重力。对于海浪，我们可以类比其为借助水运动传播能量的波，而波峰就是我们的海浪顶峰，也就意味着有最大的加速度。而我们冲浪就是要借助其加速度，当海浪过来的时候，我们通过划动手臂让自己拥有和海浪相同的速度，此时冲浪板和水面会产生压力，促使你能够在水面上滑行。而此时你追上海浪的高峰，你会由于惯性飞起再下降，这个过程里重力势能转化为动能，这时你就可以逆着水流冲上下一个波峰，也就是我们常说的上浪。

by Aaron Chen

Q.E.R.

Q7

让全世界所有人集中到同一个地方同时放屁并且点燃，威力大概是核弹的百分之几？by 5636

答：

先来看看核弹的回答——核弹：屁大点事！

物理上看来，这是一个单位换算的问题，涉及了诸多中高考重难点，下面带小伙伴们复习一下化学“物质的量”的相关知识。

可燃性气体在空气中达到一定浓度时，遇明火会发生爆炸.空气和可燃性气体的混合气体的爆炸、空气和煤屑或面粉的混合物爆炸等，一般都由化学反应引起，而且都是氧化反应，在极短时间内，释放出大量能量，产生高温，并放出大量气体，在周围介质中造成高压的化学反应或状态变化，同时破坏性极强。

首先只考虑屁中氨气（～1%）的爆炸，氨的燃点为651℃，纯净的氨气不易燃烧。氨气与空气混合时，遇明火易发生燃烧和爆炸，爆炸极限约为16.1%～25.0%(最易引燃浓度为17%)。燃烧反应方程式为：

氨气的燃烧热为-316.25kJ／mol，即1mol氨气（17g）完全燃烧放出316.25kJ的热量，可换算为

黄色炸药（TNT），又称为三硝基甲苯，爆炸反应的方程式为：

1kgTNT炸药可产生4184kJ左右的能量，仅仅从热量上看，1kg氨气燃烧放出的热量约为18603/4184=4.4kg黄色炸药。

一般用爆炸当量来衡量炸药的爆炸造成的威力，即一次爆炸相当于多少质量单位的黄色炸药（TNT）爆炸所造成的威力。对于爆炸威力的估计不能仅仅考虑热量，还得综合考虑冲击波、高温高压和地震效应等因素造成的破坏。因此对于气体爆炸威力的估算，有典型的TNT当量关键模型公式：

为蒸汽云当量系数，一般取4%，为可燃性气体质量（kg），可燃气体燃烧热(J/kg)，为TNT爆炸热(J/kg)，一般取4500kJ/kg。据此可以得到1kg氨气的爆炸当量约为0.165kg，即1kg氨气的爆炸威力相当于0.165kg的TNT炸药。即1kg氨气的爆炸当量为0.165kg。

当然屁中的其他组分包括氢气（～21%），甲烷（～7%）也有可能发生爆炸，氢气燃烧热：282.5kJ/mol，合141250kJ/kg, 约为相同质量下氨气的爆炸当量的7.6倍；甲烷燃烧热：890.31kJ/mol，合55644.38kJ/kg，约为相同质量下氨气的爆炸当量的3倍。

对于气体而言，我们一般采用气体体积分数来表示各个组分的含量，屁的组成：59%的氮、21%的氢、9%的二氧化碳、7%的甲烷，3%的氧气，剩余假设为1%的氨气。1mol屁中含有可燃性气体氢0.21mol，质量为0.21×2=0.42g；甲烷0.07mol，质量为0.07×16=1.12g；氨气0.01mol，质量为0.17g；根据公式

可以算出总质量为23.15g。密度比空气小，这也就是为什么人类常常能闻见自己放的屁的原因了。

据此给出两种情况下屁的爆炸当量：

一种是1mol屁，即常温常压下22.4L屁的爆炸当量约为1.109g。

另一种是1kg屁的爆炸当量，约为0.0479kg。

通常来说，核武器的爆炸当量都在 10,000 吨以上，假设核弹的爆炸当量为4.79×10⁷ kg（便于计算）。1kg屁的爆炸威力约为核弹的1/10⁹，即十亿分之一。（震惊！十亿千克屁相当于一个核弹！）

那么十亿千克屁的体积有多大呢？常温常压下为

全世界人口80亿，假设平均每人每天放500mL，每天4×10¹²mL，约250天可以达到一个核弹的威力。（核弹：我的天哪！我比不上地球人民一年的屁?）

此回答仅为复习知识所用，结论并不重要，重点掌握相关知识，请勿传谣信谣！

by 勿用

Q.E.R.

Q8

这一期又准备给我们安利什么物理读物？

by 喜欢物理的读者们

答：

上周给大家安利的物理老师不知道大家是否还满意？像这样又有外在又有内涵的优质单身物理老师真的不多了，早买早享受，晚买就落后(～￣▽￣)～

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by 按头安利的小编

Q.E.R.

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