對於自轉的地球
南北極點極其特殊
如果站在上面
會不會有神奇的事情發生呢
問答導航
q1 為什麼白酒啤酒一起喝更容易喝醉？
q2 為什麼旗幟被風吹的時候會一擺一擺的？如果風向和風力恆定不變還會這樣嗎？
q3 為什麼戴著藍牙耳機靠近電磁爐時，耳機會有奇怪的滋滋聲？
q4 讓暈車人感覺到難聞的車子味兒來源於哪裡？
q5 什麼是光錐？光錐有什麼用？
q6 為什麼內臟處的神經平常不會讓我們感到內髒的「觸覺」？
q7 水在低於4℃時為什麼會反常膨脹？它的原理是什麼？
q8 將一根軟管插在液體中，用嘴一吸然後放開軟管，液體就從軟管中不斷流出。請問這是什麼原理？
q9 為什麼水是無色的，但我們在下雨天可以看到雨水下落的線條？
q10 為什麼小朋友喜歡吃糖？吃糖會讓人快樂么？
q11 當一個人站在南極或北極的極點上，會不會被地球自轉轉暈？
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為什麼白酒啤酒一起喝更容易喝醉？
by 飽受折磨的屑
答：每種酒的釀造工藝和原料都是不同的，這就造成每種酒所含成分不一樣，不同成分的酒混在一起會使酒精效果更快、更強。
比如白酒和啤酒，白酒是蒸餾酒，大家常喝的白酒就是糧食蒸餾酒，生產葡萄酒的商家也會製作葡萄蒸餾酒。啤酒則是發酵酒，相較而言顯然是白酒的酒精含量更高，啤酒雜質多。
葡萄蒸餾酒 白酒的乙醇含量基本都是在40度以上，高度白酒更是可以達到52-53度。而啤酒中不只含有乙醇，還有二氧化碳、肽、氨基酸、無機鹽等，這些都可以促進乙醇吸收。
組胺可以擴張胃壁及小腸壁的毛細血管，從而加速酒精吸收，使血液中乙醇濃度迅速增加。綠原酸可以興奮神經，促進胃液及膽汁分泌，加強胃腸蠕動。二氧化碳可以刺激胃壁，加速胃排空的速度，讓酒精進入小腸加快吸收。因此兩者混合就更容易喝醉啦～
b y 藍多多
q.e.d.
q2
為什麼旗幟被風吹的時候會一擺一擺的？如果風向和風力恆定不變還會這樣嗎？
by 佚名
答：旗幟被風吹動時一擺一擺的現象主要是由於氣流的流動和壓力的分布導致的。當風吹過旗幟時，會在旗幟的前面形成高壓區，而在旗幟後面形成低壓區。這個壓差會導致旗幟向低壓區移動，即飄揚。
旗幟的擺動與流體力學中的伯努利效應有關。迎風面空氣流動速度加快，旗面所受壓力增大；背風面空氣流動速度減緩，旗面所受壓力減小，從而導致旗兩面形成壓差。在壓力作用下，旗面向背風面移動，並在慣性作用下，偏移過風向平行面，然後再反向作用，看起來就是來回搖擺。
如果風向和風力絕對恆定不變，旗幟也不一定能夠不擺動，這取決於空氣流過旗杆（圓柱體）後是否產生湍流。
為了便於理論分析和公式的推導，物理學家們在流體力學中引進了「理想流體」的概念。1755年，數學家歐拉將微分方程應用到了流體力學的領域，並提出了影響後世的歐拉方程，即牛頓第二定律施加到理想流體上的微分方程。歐拉提出歐拉方程後不久，人們就認識到方程中缺乏粘性項，這會導致歐拉方程的計算結果和實際產生偏差，比如大家熟知的達朗貝爾佯謬。下圖顯示了理想流體和實際流體下圓柱繞流的對比，可以看出，無粘流動的結果和實際存在很大的差異。
黏性流體通過圓柱體後的湍流 1845年，結合納維對黏度的思考和柯西的張量思維，斯托克斯爵士便大展神威，推出了引無數流體人盡折腰的「n-s方程」，該方程定義為「描述粘性不可壓縮流體動量守恆的運動方程」。迄今為止，該方程仍然是流體力學領域裡最通用的流體運動方程。計算一下n-s方程可以告訴你你所設定的風能否使得旗幟不擺動。
對於定性分析，我們可以看一下雷諾數（）的計算公式：，其中是流體的密度，是流體的速度，是特徵長度，是流體的黏性係數。由於空氣的黏性比液體要小得多，因此其雷諾數更容易更大。當雷諾數較低時（通常），流體流動呈現層流狀態，各流層之間互不混合。當雷諾數較高時（通常），流體流動轉變為湍流狀態，流層之間發生強烈的混合和渦旋。因此空氣相對液體更容易受到微擾，形成湍流後，流體流過旗杆的時候，一部分流體與物體表面分離，使得旗杆後面的空氣流速形成周期性變化，引發旗幟不停左右擺動。
湍流尾跡周期 by opzk
q.e.d.
q3
為什麼戴著藍牙耳機靠近電磁爐時，耳機會有奇怪的滋滋聲？
by 非常想知道答案的小張
答：因為電磁爐工作時產生一定的磁場強度，所以當藍牙耳機靠近電磁爐時，會對藍牙耳機的信號傳輸造成干擾。
電磁爐是利用高頻交流電流通過線圈產生磁場，當耳機靠近電磁爐時，耳機內部的電子元件受到電磁波的影響會導致信號傳輸受到干擾，通常表現為音頻信號失真或者噪音。
b y 藍多多
q.e.d.
q4
讓暈車人感覺到難聞的車子味兒來源於哪裡？
by 佚名
答：作為一個暈車的人對這個問題非常感同身受，坐上車後經常會聞到一股屬於車內封閉空間的獨特味道。在不同的車上可以感受到不同的車內裝飾的氣味：車內座椅等裝置的皮革味道或漆味、隱隱滲出的汽油味兒、車載香水味以及裝新的甲醛味兒等，這些混雜在一起的氣味往往會讓本來就暈的暈車星人更受刺激。
為什麼會暈車呢？首先我們要明白，當我們在車內時，我們大腦判斷我們身體平衡所選擇的參考物是車子，因為我們的視覺畫面往往是車子的靜態圖像。除了視覺系統，我們判斷平衡也靠體內的前庭系統，其中最重要的部分是前庭器，前庭器中感受旋轉運動的是三對半規管，感受水平運動的是橢圓囊，感受垂直運動的是球囊。
當我們坐車時，由於車輛行駛時的不穩定性，往往會時快時慢、時停時走或者上下顛簸，因此前庭器感受到的信息非常混亂多變，如果再加上視覺系統也不能提供足夠的信息支持，大腦很難處理如此混亂的信息，那麼我們的大腦就開始躺平擺爛，放棄信息處理，直接產生暈眩的感覺好了。
於是暈車的感受來了，頭暈、胸悶、噁心嘔吐等癥狀產生了，此時如果再加上本身就有刺激噁心嘔吐作用的不良味道，雙重效果疊加，會愈發加重暈車的感受。
by 小線
q.e.d.
q5
什麼是光錐？光錐有什麼用？
by ∞
答：在描述物體的時空結構時，我們通常會引入4-矢量來描述物體的時空坐標，即，其中c為光速，這樣一來在進行洛倫茲變換時形式會大大簡化。為了更好地理解光錐，我們先從做一維運動的粒子出發，畫出其位置隨時間的變化，水平軸表示位置，豎直軸表示時間。在時空圖中，靜止的粒子由一條豎直線表示，以光速運動的粒子則由一條45°的斜線表示，這類圖被稱為閔可夫斯基圖，圖中一個粒子的運動軌跡稱為一個世界線。
狹義相對論告訴我們，任何滿足因果律的物體運動速度都不可能超過光速，因此任何世界線的斜率都不會小於1，這樣一來物體的運動被限制在圖中的陰影楔形區內，這塊區域被人們稱為光錐。然而，我們真實的運動空間是三維的，從一個事件出發形成的光錐就會變成四維的超圓錐，它的邊界是光線的軌跡，沿著時間軸分別被分為向前光錐和向後光錐。你的未來在向前光錐中，而過去在向後光錐中。在時空圖上，連接兩個事件的線的斜率會告訴我們它是類時的（斜率大於1）、類空的（斜率小於1），還是類光的（斜率等於1）。可見在光錐之內的點都是類時的，而之外的點都是類空的。類空的點不滿足因果律，自然也沒有物理存在。光錐這個概念在定義因果關係中起到至關重要的作用，為人們理解宇宙的起源和發展、理解黑洞的形成和性質等方面提供巨大的幫助。
參考文獻：
griffiths d j. introduction to electrodynamics[m]. cambridge university press, 2023. by sid
q.e.d.
q6
為什麼內臟處的神經平常不會讓我們感到內髒的「觸覺」？
by 厘百
答：內臟處的神經平常不會讓我們感到內髒的「觸覺」，主要是因為①內臟感覺傳入途徑比較分散，即一個臟器的感覺纖維經過多個節段的脊神經進入中樞，而一條脊神經又包含來自幾個臟器的感覺纖維，因此內臟感不如軀體感覺確切，內臟感覺往往是彌散的，定位不夠準確，如消化道痙攣性收縮引起的疼痛，但飢餓、口渴等特徵性感覺除外。②內臟感覺纖維數目較少，其中以細纖維占多數，痛國較高，對於一般強度的刺激不產生意識感覺。
交感神經纖維行走模式圖（圖源網路） 對於內髒的感覺有兩種通路，一種是嗅覺和味覺的感覺通路（特殊內臟感覺傳導路徑），另一種是除嗅覺和味覺外的所有心臟、血管、腺體和內臟感覺的傳導路徑（一般內臟感覺傳導路徑）。特殊內臟感覺傳導路徑對特定的化學刺激（如氣味分子）和物理刺激（如食物的味道）非常敏感。一般內臟感覺傳導路徑對炎症、牽拉、膨脹、缺血等刺激較為敏感，但對切割等物理刺激不敏感。整體而言，一般內臟感覺傳導路徑的敏感性相對較低，內臟感覺神經纖維數量較少，細纖維占多數，痛閾較高。
綜上所述，內臟處的神經平常不會讓我們感到內髒的「觸覺」，主要是因為內臟感覺神經的傳導機制與軀體感覺神經有所不同，內臟感覺纖維數目少，以及內臟感覺的彌散性和高痛閾特性。
參考文獻：
engelen, t., solcà, m. & tallon-baudry, c. interoceptive rhythms in the brain. nat neurosci 26, 1670–1684 (2023). by opzk
q.e.d.
q7
水在低於4℃時為什麼會反常膨脹？它的原理是什麼？
by 佚名
答：水在0-4℃之間是熱縮冷脹，在4-100℃之間則是熱脹冷縮。
這種現象可以用氫鍵、水分子結合來解釋，水分子由一個氧原子和兩個氫原子組成，氫原子和相鄰水分子的氧原子靠近時又會形成氫鍵。氫鍵具有方向性，這樣水分子在排列時會有一定的距離和相對方位。當水結冰後，水分子之間用氫鍵連接形成冰晶格，導致冰體積變大，密度變小。而當溫度開始上升的時候，氫鍵斷裂體積變小，可是熱運動也隨之加劇（這會使體積變大），兩種影響相互競爭，在4℃時達到平衡。也就是在4℃以下，氫鍵影響佔主導地位（熱縮冷脹），而在4℃以上是熱運動佔主導地位（熱脹冷縮）。
這個可以解釋在冬季為什麼湖底溫度比湖面高，冬季氣溫下降，若水溫在4℃以上時，上層的水冷卻，體積縮小，密度變大，於是下沉到底部，而下層的暖水就升到上層來。冷水跟暖水不斷地交換位置，整體水溫逐漸降低。這種熱的對流現象持續到水溫度都達到4℃時停止。水溫再持續降低時，上層水反膨脹密度變小，冷水就留在了水面直至0℃時結冰。當冰封水面之後，水的冷卻就完全依靠水的導熱方式來進行熱傳遞。而水的導熱性能很差，所以湖底溫度基本穩定在4℃左右。
by 藍多多
q.e.d.
q8
將一根軟管插在液體中，用嘴一吸然後放開軟管，液體就從軟管中不斷流出。請問這是什麼原理？謝謝！
by 藍玉
答：這種現象是利用了虹吸原理。虹吸是一種流體力學現象，它利用液體分子間的內聚力和液體與容器之間的壓力差來實現液體的上升和流動。
圖源：參考資料[2] 將軟管一端插入液體容器中，然後用嘴吸取軟管內的空氣。這樣會在軟管內形成負壓，使得軟管內的液體壓力低於外部液體的壓力。當你放開軟管時，外部液體就會在壓力差的驅動下自動流入軟管內部。如果液體越過軟管的最高點，液體將不斷地從容器中流出。
需要注意的是，虹吸現象的發生有三個關鍵條件：1) 軟管內部必須先被液體填滿; 2) 軟管的最高點不能高於大氣壓支持的液柱高度; 3) 出液端必須低於液體容器的液面。只有滿足這三個條件，虹吸現象才能持續發生[1]。
這種利用虹吸原理的簡單方法在生活中很有用，比如從油桶中取油、給魚缸換水等。如果操作得當，它能夠避免將不衛生的液體吸入嘴中。除此之外，還有更加優雅（不用嘴吸）的虹吸管喔。詳情請移步：為什麼飲料總從吸管漏出來...喝個快樂水都要講究手法嗎？！| 正經玩
by 魚非我
q.e.d.
q9
為什麼水是無色的，但我們在下雨天可以看到雨水下落的線條？
by 蘋蘋是十中的
答：兩個問題，為啥水是透明的以及為啥可以看見雨水形成的線。
人眼可以看到物體，是因為有光進入到人眼的晶狀體並成像到視網膜上。水本身不會發光，它能夠反射光也會透光，水的透光率非常強，只有少部分可以反射和散射，進入人眼的就會更少，而人的視錐細胞要感知到物體需要足夠多的光子，當光子的數量很少時，看上去就會像是透明的一樣。
事實上，如果水是完全靜止的，並且人的整個視野都聚焦在水上，那麼看起來就是什麼都沒有，也就是看不到。如下圖
人之所以能看到水，是因為水和其他物體接觸形成界面，光線在穿過的過程中發生了折射和反射，從而改變了傳播方向，使我們能夠看到水的存在。
在靜止的水中能夠看到水，是因為看到了水中有氣泡，這是氣體和水的界面。同理，空氣恰恰也是我們看不到的，但只要在水中出現了氣泡，我們也就「看到」空氣，這也是因為看到的是空氣和水的接觸面，而不是真的看到了空氣。
人可以看見雨水落下的線，這是人眼的視覺暫留現象。人眼在觀察景物時，光信號傳入人大腦神經，需經過一段短暫的時間，光的作用結束後，視覺形象並不會立即消失，這種殘留的視覺稱為「後像」。那麼在物體快速移動時，即使人眼看到的影像消失了，人眼還能繼續保留影像0.1-0.4秒左右的圖像。因此人眼在觀察雨滴時還留有上一個物體的像，看起來雨滴就像是連續的線一樣。
b y 藍多多
q.e.d.
q10
為什麼小朋友喜歡吃糖？吃糖會讓人快樂么？
by 宋
答：想必大多數人都有這樣的感受，當你正在為工作煩惱時，喝上一口甜甜的奶茶，或者吃一口小蛋糕，過不了多久就會感覺心情變好，整個人又充滿活力。這是由於，吃甜食的確會讓人心情變好，但其背後的原因十分複雜，下面我們就幾個主要的因素談談吃甜食為什麼會讓人感覺快樂。
從生理因素來看，當人們吃糖時，血糖水平上升，大腦會產生大量的多巴胺、血清素等神經遞質。這些神經遞質與情緒調節有關，能夠減輕焦慮、壓力、抑鬱等負面情緒，使人感覺快樂和滿足。同時血糖迅速上升，胰島素將其轉化為身體的能量也會增多，加上血糖的波動變化會刺激大腦中的獎勵機制，從而使人產生了快樂的感覺。再者也有研究發現，人體血液中的葡萄糖含量上升，能夠為腦部補充更多的能量，進而減少衝動行為，幫助人們更好的控制情緒。從心理因素來看，甜品的口感能使人產生滿足感，這種滿足感能夠緩解人煩躁的情緒；況且很多甜品都被製作得十分精緻，看著賞心悅目，使人心情愉快。
然而需要注意的是，吃糖帶來的快樂只是暫時的，隨後就是血糖的迅速下降，吃糖的快感也快速消失，甚至有些人在不知不覺中已經對糖上癮，為了滿足不斷提升的慾望，只能吃掉越來越多的糖。這種過度食用糖的行為不僅會讓人變胖，還會誘發心臟病、糖尿病、脂肪肝等疾病。更有研究顯示，攝入過多的糖會導致記憶功能和學習能力的下降。總而言之，適量吃糖可以調節情緒，但攝入過多反而不利於健康。
by sid
q.e.d.
q11
當一個人站在南極或北極的極點上，會不會被地球自轉轉暈？
by 一江秋
答：為了回答這個問題，我們首先需要了解人類大腦如何感知自己是否在原地轉圈。
當我們評估自己的運動狀態時，大腦可以通過視覺系統獲取外界信息，只要有適當的參照物，就能迅速判斷出運動狀態。
除了視覺系統，大腦還可以通過前庭系統來判斷運動狀態。(q4已經有所介紹，沒關係，再複習一下)前庭系統位於內耳，負責提供空間定位、方向和線性加速度等信息。
前庭系統示意圖（圖源網路） 前庭系統由橢圓囊、球囊和三個半規管組成。當我們原地轉圈時，半規管內的淋巴液也會旋轉，壺腹帽感受器會感知到這種狀態並將信息傳遞給大腦，從而讓我們知道自己正在原地轉圈。由於三個半規管幾乎互相垂直，我們可以感知到空間中任意方向的旋轉。有時，即使閉上眼睛，我們也能感知到原地轉圈，這是前庭系統的作用，但這需要較高的轉圈速率。地球自轉每秒轉動約0.0042度，速率太低，前庭系統無法察覺。
因此，如果一個人站在北極點，他只能通過視覺系統來判斷自己是否在原地轉圈，這就需要有合適的參照物。由於地球自轉，地球上所有景物都在同步旋轉，所以這個人需要在地球之外尋找參照物，理想的參照物是夜空中閃亮的星星。如果他能觀察到星星的整體運動狀態，就能感知到自己在原地轉圈。然而，地球自轉速率太低，人類視覺系統無法察覺星空變化。
綜上所述，站在北極點上的人僅憑自身感知系統是無法察覺到自己在原地轉圈的。
by opzk
q.e.d.
投票
本期答題團隊
藍多多、opzk、小線、sid、魚非我
上期也精彩
編輯：小范
