放寒假了

歸鄉(xiāng)途中必不可少的一件神器

當(dāng)然就是本期的主角

——充電寶啦！

一寶在手，移動(dòng)無憂！

那么，問題來了

用充電寶給手機(jī)充電時(shí)

為什么手機(jī)不會(huì)反過來給充電寶充電呢？

1

Q：為什么子彈出膛后后坐力使槍頭轉(zhuǎn)向上而不是向下？

by?匿名

這和槍支的設(shè)計(jì)有關(guān)系:在幾乎所有槍支中，握把的高度低于槍管的高度，這是子彈出膛后，后座力讓槍口抬起的原因。

如上圖所示：子彈出膛以后會(huì)在槍管處產(chǎn)生一個(gè)方向與子彈出膛方向相反的力，這個(gè)力就是后坐力。圖中藍(lán)色的方塊是握把，人總是試圖用手握住它讓它固定以保證射擊穩(wěn)定，我們不妨假設(shè)人牢牢的握住了握把，也就是忽略后坐力引起的握把的位移，在這種情況下，握把相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)軸。而后坐力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于這個(gè)轉(zhuǎn)軸的力矩，那么就不難得到后坐力會(huì)讓槍體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的結(jié)論。而這種逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)就會(huì)導(dǎo)致槍口的抬起。

By Luna

2

Q：水晶作為飾品真的有“磁場(chǎng)”嗎？

by 匿名

水晶是二氧化硅晶體（有可能含有各種礦物雜質(zhì)）。

純凈且良好結(jié)晶的水晶是透明的。如果還含有其他雜質(zhì)，尤其是金屬離子，那就有可能呈現(xiàn)出各種顏色。如果結(jié)晶得很糟糕還含有各種各樣的雜質(zhì)的話，那就是傳統(tǒng)意義上的沙子——沙子的主要成分也是二氧化硅。

部分商家宣稱水晶會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)人類有什么“奇妙的作用”，還散布什么“水晶飾品需要消磁才能戴”之類的言論，這些都是沒有科學(xué)依據(jù)的觀點(diǎn)。任何單個(gè)原子都會(huì)產(chǎn)生極為微小的磁場(chǎng)，不只是水晶/二氧化硅，任何物質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生(因?yàn)榻M成物質(zhì)的基本粒子都是有自旋的，有自旋就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng))。這種磁場(chǎng)的尺度是原子級(jí)別的，這么微弱和小尺度的磁場(chǎng)不會(huì)和人類的生命活動(dòng)產(chǎn)生聯(lián)系。而在介觀到宏觀的尺度，水晶是幾乎沒有磁性的。我們雖然可以用磁鐵吸引鐵屑，卻無法用磁鐵吸起沙子，就是這個(gè)原因。

綜上所述，水晶作為飾品，是沒有“磁場(chǎng)”的。

By Luna

3

Q：為什么用充電線連接手機(jī)和充電寶后是充電寶給手機(jī)充電不是手機(jī)給充電寶充電？

? ? ?by?匿名

從物理學(xué)的原理思考的話，兩個(gè)電容串聯(lián)在一起，具有高電壓的電容就可以給低電壓的電容充電。因此在我們的日常生活中，特定情況下就會(huì)出現(xiàn)手機(jī)反向給充電寶充電的情況，這得看具體的手機(jī)型號(hào)，因?yàn)椴煌氖謾C(jī)有不同的電源管理系統(tǒng)（軟件和硬件），所以有的手機(jī)/充電寶就允許反向充電有的就不允許。

回到原來的問題，為什么充電寶會(huì)給手機(jī)充電呢？因?yàn)槌潆妼毜妮敵鲭妷焊哂谑謾C(jī)電池的輸出電壓，而每個(gè)設(shè)備具體的輸出電壓是多少，是由這個(gè)設(shè)備的電源管理系統(tǒng)/電路控制的。充電寶的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是給手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備充電，所以它的設(shè)計(jì)就要求，充電寶正常工作的時(shí)候，在電路的控制之下，要讓充電寶的輸出電壓大于手機(jī)電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，只有這樣才能充上電。

By Luna

4

Q：營(yíng)養(yǎng)成分表中的能量是如何測(cè)出的？

by?匿名

生活中，我們常常會(huì)注意到食品包裝袋上的營(yíng)養(yǎng)成分表，如下圖所示。

對(duì)于想要減肥瘦身的小伙伴們，一定會(huì)有這個(gè)疑惑：營(yíng)養(yǎng)成分表中的能量又是如何計(jì)算的呢？

食物中的熱量來源主要分為三種，蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂肪。蛋白質(zhì)的熱量是增強(qiáng)肌肉的基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)素，主要源于肉類、乳制品和蛋；碳水化合物的熱量是人體在正常情況下的主要能量來源，含于米飯、面粉、面條、面包、麥片、蔬菜和水果中；脂肪含于油、奶油中。

每克蛋白質(zhì)可產(chǎn)生23.64kJ（合5.65千卡）的熱量，但由于蛋白質(zhì)在人體內(nèi)無法完全氧化，其代謝產(chǎn)物包括尿素、尿酸和肌酐仍含有部分能量（約5.44千卡），每克碳水化合物可產(chǎn)生17.15kJ(合4.1千卡)的熱量，每克脂肪可產(chǎn)生39.54kJ(合9.45千卡)的熱量，同時(shí)考慮各種物質(zhì)在體內(nèi)的消化率，蛋白質(zhì)92%，碳水化合物98%，脂肪95%，每克蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪分別產(chǎn)生4、4、9千卡的熱量。因此只要知道食物中這三種物質(zhì)的含量，就能估算出食物中的能量了。

上圖營(yíng)養(yǎng)成分表中每百克能量估算如下：

24*4+36.8*9+33*4=559.2千卡=2339.7kJ，約為2400kJ。

By?勿用

5

Q：物質(zhì)是否可燃取決于什么結(jié)構(gòu)？？

by 匿名

一般語(yǔ)境下，燃燒的定義是：可燃物與空氣/氧氣發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。

在這個(gè)氧化還原反應(yīng)中，空氣/氧氣作為氧化劑得到電子，而可燃物作為還原劑失去電子。如果我們假設(shè)溫度足夠高以忽略掉所有能壘所產(chǎn)生的效應(yīng)，那么所以這個(gè)氧化還原反應(yīng)是否可以發(fā)生的判據(jù)就由反應(yīng)前后反應(yīng)物的自由能提供。

通俗點(diǎn)說就是，燃燒后的那一堆物質(zhì)的自由能低于反應(yīng)前的那一堆物質(zhì)的自由能，那就能反應(yīng)。在判斷化學(xué)反應(yīng)是否能發(fā)生的自由能判據(jù)中，自由能中的能量項(xiàng)起了主導(dǎo)性的作用。一般來說，反應(yīng)物的總能量如果比較高，而生成物的能量比較低，那反應(yīng)就可以發(fā)生/容易發(fā)生。

所以促進(jìn)氧化還原反應(yīng)發(fā)生的結(jié)構(gòu)，主要是那些斷開并和氧化物原子結(jié)合以后，產(chǎn)生新物質(zhì)總能量反而更低的化學(xué)鍵。

比如C-C鍵，C-C鍵的鍵能是346kJ/mol,O-O鍵是142kJ/mol,C-O鍵是358kJ/mol,C=O鍵是799kJ/mol。不難發(fā)現(xiàn)，把C-C鍵拆開并重新和O組合往往會(huì)得到能量更低的物質(zhì)，所以C-C鍵在燃燒中也就很難穩(wěn)定。類似的化學(xué)鍵是燃燒的主要?jiǎng)恿Α?/p>

By Luna

6

Q：光為啥沿直線傳播？？

by?匿名

光沿直線傳播是費(fèi)馬原理（Fermat principle）的推論。光在指定的兩點(diǎn)間傳播，實(shí)際的光程總是一個(gè)極值，也就是說，光沿光程為最小值、最大值或恒定值的路程傳播。這是幾何光學(xué)的一個(gè)最普遍的基本原理，稱為費(fèi)馬原理。一般地，當(dāng)光在均勻各向同性折射率為常數(shù)的介質(zhì)中傳播時(shí)，按照費(fèi)馬原理，光的路徑就是直線。

這個(gè)問題在量子力學(xué)層面有另一種解釋，就是費(fèi)曼的“路徑積分”。通過所有可能發(fā)生的情況求和來描述量子的不確定現(xiàn)象（通過拉格朗日函數(shù)可以計(jì)算），而量子波函數(shù)的坍縮，表示為一個(gè)擁有所有可能的物理系統(tǒng)向一個(gè)唯一能確定的結(jié)果演化。這里面，費(fèi)曼引入了經(jīng)典力學(xué)的“作用量”概念。大概意思是說，在一個(gè)已知初始狀態(tài)與最終狀態(tài)的系統(tǒng)里，系統(tǒng)會(huì)以作用量最小的方向演化，這被稱為最小作用量原理。在費(fèi)曼看來，在同一均勻介質(zhì)中，兩點(diǎn)之間光并不只沿一條路徑傳播，而是同時(shí)沿著所有可能的路徑傳播。但由于波動(dòng)性，光會(huì)在所有可能的路徑上自相干涉。幾乎所有路徑上的光都會(huì)因?yàn)橄辔徊町惗嗷サ窒?，只剩下最短的一條路徑，因?yàn)椴煌窂降南辔徊钤谶@里會(huì)最小，不會(huì)完全抵消，而留下一條直線的完整波動(dòng)。所以我們看到的光是最短路徑的直線傳播。

By 懶懶的下午三點(diǎn)半

7

Q：有沒有不含金屬的鏡子？

by 匿名

有的，但是性能不一定好。

鏡子的用途就是反射光(鏡面反射，需要鏡子的表面足夠平整)，所以鏡子對(duì)(可見)光的反射率越高，鏡子的表面越平滑，鏡子的性能越好。因此，制作鏡子的材料需要滿足一些性質(zhì)：存在方便地制出極為光滑的平面的方法，對(duì)可見光的反射率非常高。相當(dāng)多的金屬單質(zhì)天然滿足這兩個(gè)要求，其中銀、鋁等金屬在可見光波段的反射率接近100%。

但是如果我們對(duì)鏡子的性能沒那么苛求，完全可以學(xué)習(xí)一下幾萬年前古人類“照鏡子”的方式。低頭望向無風(fēng)而平靜的池塘，或者一盆清澈的水，我們也有機(jī)會(huì)看到自己臉的倒影。這是因?yàn)樗灿幸欢ǖ膶?duì)可見光的反射率，而且只要水面平靜，那么“鏡面”也就足夠光滑。這就滿足了作為鏡子所需要的兩個(gè)性質(zhì)。但是和金屬，尤其是銀、鋁相比，水的反光性能差的實(shí)在是太多。

除此之外，塑料、陶瓷(比如某品牌手機(jī)的后蓋-筆者有的時(shí)候會(huì)拿它照鏡子-捂臉)、玻璃(手機(jī)屏幕中常常映出玩手機(jī)的自己的臉)的表面，都可以具有一定程度的反光性能，而且把材料表面做光滑的技術(shù)難度也不高，但是反光率依然無法和銀、鋁制成的鏡子相提并論。

金屬天生不是鏡子，鏡子天生是金屬。(金屬作為反射材料的性能太卓越了，至于為什么金屬普遍反光性能如此卓越，那就得需要固體物理理論給出解答了)

By Luna

本期答題團(tuán)隊(duì)

物理所? ?Luna、勿用、懶懶的下午三點(diǎn)半

↓識(shí)別下方二維碼快速提問↓