怎么感覺蚊子越來越抗寒了，蚊子到底怎么越冬？
本以為天氣漸冷
蚊子就會平息
但是怎么感覺猖獗依舊?
到底怎樣高效滅蚊
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Q1 泡泡的厚度是多少？是怎樣測定的厚度？
Q2 為什么隨著氣溫下降，蚊子就減少或消失了？會不會存在耐寒的蚊子？
Q3 一杯開水在太空中會冷的更快還是更慢？
Q4 為什么大多數(shù)拔蓋式碳素筆，筆尾端都有一個小孔？
Q5 空調的制冷和制熱模式，設置成相同溫度，實際感受起來會有差別嗎？
Q6 高中生物書中提取葉綠素時防止邊緣效應是什么意思？
Q7 為什么恒星和行星是較規(guī)則的球體，而小行星和隕石等大多是不規(guī)則？
Q8 一個天體的軌道是怎么樣算出來的？算出來的是一個一個點還是曲線？
Q1
泡泡的厚度是多少？是怎樣測定的厚度？
by 林葉泉
答：泡泡的厚度受到很多因素的影響，比如泡泡水的濃度、泡泡的大小、泡泡的形狀等，它們都會影響泡泡的厚度，常見的泡泡大約在幾百納米厚。對于泡泡這樣脆弱的液體薄膜而言，無損傷的光學測厚是一種可行而且簡單的方法。該方法主要基于薄膜的光干涉原理，這種現(xiàn)象在日常生活中很常見，比如透過陽光我們可以看到泡泡表面是五顏六色的，這是由于當光線穿過泡泡時，前后不同的薄膜層會發(fā)生反射，它們相互疊加從而產生干涉現(xiàn)象，通常泡泡表面厚度非常不均勻，于是便出現(xiàn)了五顏六色的干涉圖樣。通過一些簡單的計算可以得到膜厚和折射率之間的關系，不同的折射率對應著不同顏色的干涉圖樣，于是我們便可以通過記錄不同顏色的干涉圖樣來反推出薄膜厚度的分布啦。
參考資料：
Patsyk A, Sivan U, Segev M, et al. Observation of branched flow of light[J]. Nature, 2020, 583(7814): 60-65.
李成金,錢錚,丁云等.基于顏色仿真與匹配的肥皂膜厚度測量[J].大學物理,2019,38(10):47-51.
by Sid
Q.E.D.
Q2
為什么隨著氣溫下降，蚊子就減少或消失了？會不會存在耐寒的蚊子？
by 阿森
答：蚊子的生活狀態(tài)跟溫度有很大關系，蚊子最活躍的溫度是28度到30度，16度左右就開始反應遲鈍了，到了零度以下基本上幾天就凍死了，所以到了冬天蚊子的數(shù)量就會大量減少。當然也會有一些抗逆境能力強的蚊子沒被凍死，它們會選擇去冬眠保存實力，這些幸存的蚊子被稱為越冬蚊。所以冬天的蚊子就隱藏在我們身邊，比如地下室、防空洞、倉庫、花房、管道、墻縫、下水道等，它們在這些地方滯育（一種冬眠方式），等到來年春天，就會重新出現(xiàn)在我們身邊。
蚊子除了以成蟲越冬之外，還可以以卵越冬，以幼蟲越冬。它們會在冬季來臨時把卵產在水中，這些卵同樣有滯育的特性。到了第二年春天，越冬蚊就會產下上千只卵，研究表明，越冬蚊的數(shù)量將直接影響來年夏季蚊蟲的數(shù)量。所以會有消滅一只越冬蚊，等于消滅上千只蚊二代的說法，加上冬天蚊子活動能力弱，分布集中，更容易消滅。因此，消滅越冬蚊是蚊蟲防治的關鍵所在。
參考資料：
殺一只越冬蚊，等于消滅上千只蚊二代？
by Sid
Q.E.D.
Q3
一杯開水在太空中會冷的更快還是更慢？
by 羅蘭
答：這個問題我們不妨從兩個角度來探討。
首先，一杯開水如果在容器封閉的情況下被扔到了太空中，在這里我們假設容器是剛性的，不會被水壓沖破，因此這杯開水會處在壓強恒定的環(huán)境下。此時，這杯水身上所發(fā)生的就類似于我們身邊的保溫杯中的情況。初中課本教過我們，熱的傳遞方式主要包括熱傳導、熱對流和熱輻射，在太空這樣的超高真空環(huán)境中，熱傳導與熱對流方式都幾乎不起作用，僅靠熱輻射方式，這杯開水降溫的速度將非常緩慢?？紤]到熱輻射是從容器表面發(fā)射出來的，這個散熱效率還會與容器的具體形狀對應的表面積有關。
其次，如果這杯水處在一個開放的容器中被扔進太空，又會發(fā)生什么呢？注意到此時容器不再提供恒定壓力，因此水會從正常大氣壓環(huán)境進入幾乎沒有大氣壓的環(huán)境。
從相圖中我們可以看到，在開水對應的T=100℃處，高于一個大氣壓下水為液態(tài)，低于一個大氣壓時水為氣態(tài)，因此可以預測開水在太空中會迅速沸騰汽化轉變?yōu)榇罅康乃魵?，隨后就會進入輻射降溫的過程。但是，由于水蒸氣與容器中的液態(tài)水相比，表面積大大增加，因此水蒸氣的降溫效率遠高于容器中的水，產生的大量水蒸氣會在很短的時間內凝華成一片冰霧。
此外，由于水在相變過程中存在潛熱，在一部分水汽化變成水蒸氣的過程中會吸收大量的熱，使沒有來得及汽化的水快速降溫，因此并不是所有的水都會變成真空中漂浮的冰霧，而是還剩下一些水會被直接從液態(tài)降溫變成固態(tài)。
by K.Collider
Q.E.D.
Q4
為什么大多數(shù)拔蓋式碳素筆，筆尾端都有一個小孔？
by 瑪卡巴卡
答：提問者瑪卡巴卡一定是最善于觀察的“花園寶寶”之一了。其實不僅僅是拔蓋式碳素筆，很多筆在被制造時，都會在尾部預留一個小孔，這個孔可以讓空氣進行流通，保持氣壓平衡，防止在筆芯中形成密閉體系，避免了體系內外形成壓強差，保證我們書寫的流暢性。不僅在筆的尾端，在很多筆蓋的頂部也會預留有小孔。
不知道調皮的瑪卡巴卡有沒有做作業(yè)思考時咬筆頭的習慣，為了防止孩子誤食筆蓋后窒息，筆蓋上才有了小孔。小孔能使得空氣更好地流通，持續(xù)供氧，起到防范窒息的重要作用?？芍^是“小孔雖小，功能俱全”。
by serendipity
Q.E.D.
Q5
空調的制冷和制熱模式，設置成相同溫度，實際感受起來會有差別嗎？
by 匿名
答：用過空調的人都知道，制冷與制熱模式下的26℃一定是有差別的。前者讓我們感受涼爽，而后者讓我們感到暖和。那么，為什么同一個溫度能給人兩種身體感知呢？這就和空調的一個冷知識有關系了------在制熱或者制冷模式下，不管設定的溫度是多少度，空調吹出的風的溫度并不是設定的溫度。
用更加專業(yè)的話講，我們用遙控器所設置的溫度叫做回風溫度，是空調從室內吸入空氣時的空氣溫度?；仫L溫度相當于使用者（類比BOSS）下達給空調的KPI目標，告訴空調必須工作到回風溫度達到預設值時，才能夠停止工作。而制冷和制熱模式?jīng)Q定了空調的送風溫度，也就是空調將吸入空氣制冷或加熱后再吹出去的空氣溫度。送風就是空調實際吹出來的風，它的溫度劃分出了空調的制冷模式和制熱模式。
以萬能的“26℃”為例，當設置為制冷模式下的26℃時，空調首先會從室內吸收空氣并測量它的溫度（即回風溫度），如果回風溫度高于設定的26℃，那么空調將會開始工作，將吸入的空氣進行制冷，再將其吹出（即送風）。此時，空調的送風溫度將會是13℃左右，如果人們對著空調吹，將會感受到陣陣涼爽。當設置為制熱模式下的26℃時，空調同樣會從室內吸收空氣并測量回風溫度，如果回風溫度低于預設的26℃，那么空調將會持續(xù)運行，將吸收的空氣進行制熱，再吹出送風溫度高達40℃左右的空氣。此時面對空調風口，將會感覺到非常暖和。
除此之外，濕度也會影響空調制熱模式和制熱模式下的感知。制冷模式下，空調會減少房間內的濕度，因為它從空氣中除去水分，這會使得環(huán)境感覺更涼爽。相反，在制熱模式下，空調通常不會去除空氣中的水分，有時甚至會增加濕度，使得室內感覺更溫暖、潮濕。
by 魚非我
Q.E.D.
Q6
高中生物書中提取葉綠素時防止邊緣效應是什么意思？
by 橙子
答：高中生物的葉綠素實驗分為提取和分離兩部分，更準確的說是在分離葉綠素時（提取是用的丙酮，已經(jīng)完成），需要把濾紙的浸入層析液一端的兩個角剪去以減少邊緣效應。層析液在濾紙兩端擴散快，在濾紙中間擴散慢。剪去兩角是防止包含葉綠素的層析液在濾紙兩端跑的更快，跑成U形，使得我們能夠最終得到的分離的葉綠素是水平的，便于觀察。
這里的邊緣效應是由于層析液受毛細力的不同，兩邊大，中間小而導致的邊緣擴散快。同學們可以拿一張紙巾蘸水試一試也可以得到類似的效果。原理可以簡單的理解為:濾紙內部是由纖維交錯構成，有很多孔隙，顯然這些孔隙里面是預先充有空氣的，當層析液擴散到這個位置時，是固-液-氣的三相表面張力的競爭，液體要把空氣“擠出去”，才能占據(jù)這個孔隙。濾紙的邊緣沒有遮擋，氣體分子顯然很容易從兩邊擴散出去從而使得液體“進入”這些孔隙的速率更快。
至于為什么剪一下就能減少邊緣效應，是因為我們增加了液體在邊緣擴散的長度。為了便于想象，同學們可以考慮極端情況，把濾紙一端剪成一個三角形的尖（而不是實驗中通常的梯形），液體從尖端向上跑，顯然三角形的兩邊大于頂點到對邊中線的距離。
另外多提一句，這種利用不同物質由于各種原因的受力不同從而擴散速率不同的原理，把混合物分開的方式在科研中有很重要的應用，這就是色譜（柱色譜俗稱“過柱子”），是一種非常重要的分析手段。
by opzk
Q.E.D.
Q7
為什么恒星和行星是較規(guī)則的球體，而小行星和隕石等大多是不規(guī)則？
by 匿名
答：太長不看版：小行星和隕石等自身質量較小，不足以將組成自身的物質拉成接近球體，行星質量足夠大，引力會將自身表面突出的部分壓垮從而接近球體。恒星成分主要是等離子體，相比固態(tài)物質更容易接近球體，但恒星的情況更加復雜，有一些處于生命末期的恒星也可以看出明顯偏離了球體形狀。
正文：我們不妨將行星，小行星等都看做近似球體，只不過這樣的球體上存在山峰和峽谷，那么討論其是否不規(guī)則的問題就轉化成了“某質量的行星/小行星上的山最高有多高”。假設山峰的高度主要由巖基的剛度所限制，如果山峰太高，巖基受到的壓力超過彈性形變極限，那么巖基就會開始流動，使山峰降低。
計算這一過程所需的能量時，不妨認為巖基先升溫至熔點，融化后又下降至原有溫度。假設固態(tài)和液態(tài)比熱相差不大，那么熔化和凝固過程的吸熱與放熱基本相互抵消，因此需要計算的只有熔解熱，能量的來源是高山高度降低時釋放的重力勢能。
為了簡化計算,（非常粗糙地）假設高山是上下同樣粗的柱體，橫截面積為A，密度為
，高度h，下降距離
為時釋放的重力勢能為A
，比熱容為C，于是有巖石吸熱為AC
，應該有A
gh=AC
，很容易得到
以地球為例，地球上的山峰多數(shù)為硅酸鹽（主要為
）組成，查閱資料可知
比熱容為C=8.54*
J/mol，摩爾質量為60g/mol，代入可得h=14.5km。地球上最高的山峰珠穆朗瑪峰的高度沒有超過這個高度，可以認為我們的近似是合理的。
對于一般情況下的星體，取
?，代入可得
我們不妨認為，當h與R在同一量級，或
時，星體就不再近似成為球體。因此可知球形天體最小的半徑至少為
對于地球，有
，由上文計算得到的比例關系，可知如果未知星體與地球密度和成分接近，半徑為，那么只要
，或者說
時，這個星體就無法由于自身引力形成球體。恒星需要的計算會更復雜一些，但很容易想象一個等離子體團在真空中由于引力和其他作用自發(fā)形成球體。在某些質量較大的恒星走向衰老時，由于各部分溫度分布不再那么均勻以及由于紅巨星、紅超巨星等階段的快速膨脹和收縮破壞原有結構，這些恒星的外形可能會明顯偏離球體，一個著名的例子是參宿四。
參考資料：
趙凱華 《定性與半定量物理學》，第140~142頁
滿天星斗呼喚我（14）——參宿四
by K.Collider
Q.E.D.
Q8
一個天體的軌道是怎么樣算出來的？算出來的是一個一個點還是曲線？
by Carrots
答：在分析力學中會專門研究有心力場中的質點運動問題，這里跳過冗長的推導過程，直接給出有心力情況下的軌道方程——比耐（B.P.M. Binet）方程如下
此處l為質點的角動量，
是為了簡化表達式重新定義的函數(shù)，F(xiàn)（r）為有心力場的具體形式。很明顯可以看出，這一方程求解得到的是u關于
的函數(shù)，也就是有心力場中質點具體的軌道方程。
具體來說，對于有心力場關于距離成平方反比的引力情形（開普勒問題）中，我們取
于是比耐方程變?yōu)?/blockquote>它的解很容易求出，是
，可以得到軌道的一般形式，
這正是我們熟知的圓錐曲線形式！
當然，這里給出的僅是一個相對簡單的推導，真實世界中的天體運行遠不是兩體問題那么簡單，比如在太陽系中，每一顆行星都在同時受到太陽系中所有天體的引力作用，在多數(shù)情況下我們只能通過微擾論來近似求出它們的軌道方程。
對這一領域感到好奇的讀者可以找一本分析力學教材來深入了解這一問題~
by K.Collider
Q.E.D#本期答題團隊
Sid、K.Collider、serendipity、魚非我、opzk
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