演唱会必备神器!它的声音竟是个“物理圈套 ”? | No.480

摘要

在演唱会等活动中我们总爱挥动空气应援棒为心爱的明星加油它们在相碰时会发出响亮响亮的金属碰撞声你知道这背后蕴含的物理知识 吗?问答导航Q1 为什么掉落的头发沾水后在墙上或水龙头上不轻易用手拿起来?Q2 为什么三

在演唱会等活动中

我们总爱挥动空气应援棒为心爱的明星加油
它们在相碰时会发出响亮响亮的金属碰撞声
你知道这背后蕴含的物理知识 吗?

问答导航
Q1 为什么掉落的头发沾水后在墙上或水龙头上不轻易用手拿起来?
Q2 为什么三角尺不警惕 掉到地上后就像被吸住一样,很难捡起来?
Q3 为什么关节在手机屏幕上可触发截屏功效 而手指不能?
Q4 电脑主机风扇向外吹风,为什么自身反而会积灰?
Q5 掰棍子为什么总是中央弯的最狠?
Q6 食用油和洗洁精在一起 揉搓后为什么会乳化?
Q7 旋转螺丝钉时为什么会有螺旋向上或向下的错觉?
Q8 两个打满气的空气应援棒(必须为打满气体)互相打击时为什么会发出金属敲击声?
Q9 夏天穿什么颜色 的衣服最不吸热?
Q10 如果物体变成绝对零度,只思量静电力的话电子会不会掉落到原子核里?

Q1

为什么掉落的头发沾水后在墙上或水龙头上不轻易用手拿起来?

by 小睿

答:

这个标题的关键 在于“水”。

我们知道,水具有外貌张力的特征 。外貌张力源于水分子之间的相互吸引力,在水的外貌,这种吸引力导致水分子更紧密地结合在一起 ,形成一层类似薄膜的布局。

头发的主要成分是角卵白,而卵白质具有亲水性,是以 头发沾水之后外貌笼罩 一层一连的水膜。这层水膜打仗到墙壁或水龙头等滑腻 外貌时,水分子会与外貌材料(好比瓷砖或金属)的分子发生相互浸染 ,这种相互浸染 产生一种吸附力。因为 外貌张力的存在,水膜会收缩而减小其外貌积,从而将头发“拉向”墙面。 这层水膜除了有吸附浸染 ,还起到了一个“低压区”的浸染 ,因为 水膜将头发和墙壁之间的大部门空气都挤出,此时这个裂缝 的气压会远远低于尺度大气压,外部的大气压力会对从各个标的目的 挤压头发,进一步使头发与墙面经过过程 水膜紧紧 贴合在一起 。

另外还涉及到具体操作时的难度,我们的手指对于直接捡头发这种“精致 ”操作来说过于粗拙 了,而且手指的巨细(~1cm)对于一根头发(~50µm)来说太大了,这种伟大 的尺寸差异导致难以将浸染 力精确施加在头发上。而且,当我们施加的力散布 不均匀时,轻易在头发上产生横向的剪切力,从而难以施加有效的法向浸染 力(垂直于墙面向外的力)来降服水膜的吸附浸染 和大气压力,是以 湿发比力难取下来。

参考文献:

  1. 吴晓淋, 徐平, 张亚莉, 等. 人体特征 的头发代谢组学及卵白质组学研究 巴望 . 生物工程学报, 2022, 38(10): 3638-3647.
  2. Cerbino, R. (2006). Capillarity and Wetting Phenomena: Drops, Bubbles, Pearls, Waves. .

by Java

Q.E.D.

Q2

为什么三角尺不警惕 掉到地上后就像被吸住一样,很难捡起来?

by   G=mg

答:

主要原因 大抵可以归纳为静电、空气夹层以及你剥离的方法 ,下面我们分别先容这些原因 。

首先,三角尺一般都是塑料做的,是以 在下落 的进程 中,它会与空气中的微粒、地面、布料等产生打仗和相对滑动,从而产生打仗电荷转移。它在带电之后会与地面上的极化物质 产生静电吸引,而带电的绝缘体之间也许 绝缘体与带电外貌之间会产生可观的库仑吸引力,在打仗面较大时这个力会变得很大,需要较大的力才华分离。

其次,在外貌异常 平整且贴合的情况下,渺小 的空气隔离层在分离时会产生负压(类似吸盘效应),特别是在湿润或外貌微观形变负气 密性增加时,这会额外增加分离难度。但对刚性小塑料片而言,这项效应平日 比静电/剥离效应要小;在微纳尺度或特殊材料(软体/密封)中则很紧张。

再者,你捡起它的方法 也很紧张。即使粘附力并不伟大 ,如果你试图直接从正中央垂直抬起三角尺,所需的力要降服整个打仗面上的粘附,而如果用边角“撬”起会产生局部剥离,所需力每每小得多。(虽然 实在很多时间哪怕你从边角开端 ”抠“也会很难捡起来,然则 至少简单了一点不是么?)

最后,实在另有很多别的更次要的原因 ,好比范德华力的浸染 ,这种力在分子级到微米级的异常 腻滑 的打仗面会积累到客观的数值,然则 因为 三角尺和地面的打仗面实际上还没到这种程度,所以影响并不大。

如果你想更轻易地捡起三角尺,那么你实在可以用金属(好比钥匙、硬币等)先打仗三角尺再打仗地面也许 在它的周围空气中喷点水也许 用湿布在周围擦几下,让静电更快释放 ,然则 留意不要把地面弄得太湿,因为大量水可能在三角尺与地面之间形成液桥,会产生毛细吸附力,反而使物体更难分离(类似两个外貌被“水粘”在一起 )。

参考文献:

  1. Zou H et al. Quantifying the triboelectric series.
  2. Chen, R. et al. An analytical model for electrostatic adhesive dynamics on dielectric substrates.
  3. Leite FL et al. Theoretical models for surface forces and adhesion and their measurement using atomic force microscopy.
  4. Gu Z et al. Understanding Surface Adhesion in Nature: A Peeling Model.
  5. Jacob N.Israelachvili. Intermolecular and surface forces.
  6. Leroch S et al. Influence of capillary bridge formation onto the silica nanoparticle interaction studied by grand canonical Monte Carlo simulations.

by ArtistET

Q.E.D.

Q3

为什么关节在手机屏幕上可触发截屏功效 而手指不能?

by 匿名

答:

我们可以从手指指腹触碰屏幕和指关节敲击屏幕的区别开端 分析。如今的手机触屏多为电容屏,当手指(或其他导电)打仗屏幕时会转变 局部电场散布 ,从而被检测为触摸信号。指腹皮下软构造相对于指关节更多,使得指腹比指关节更软。是以 用指腹正常触碰屏幕时,相比于指关节敲击,打仗的面积更大,时间更长,屏幕受到的打击也更小。这就导致指腹触碰屏幕产生的信号会更安稳,而指关节敲击屏幕产生的信号会更短更强(就像一个脉冲信号一样)。另外,指关节敲击屏幕时每每也会产生更强的震动,也可以作为一个用来区分两者的特征 。

在了解了两者的区别后,工程师就可以用一些智能算法(好比呆板学习)来学习两类信号的区别,实现对他们的分类。当手机辨认到用户在短时间内指关节一连敲击了屏幕就会触发截屏功效 。

by Decoherence

Q.E.D.

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