溜溜球與小彈珠、四驅(qū)賽車并稱為童年三大寶物，

但是從小到大從來沒想明白溜溜球下去以后是怎么上來的

本著排除萬難也要答疑解惑的精神

我們今天把目光對準了悠悠球

看看這個困擾了數(shù)十年的究極難題

1

Q：溜溜球甩出去，為什么能自己滾上來？

by?小林桔子

溜溜球，又稱悠悠球，是一項花式紛繁、極具觀賞性的手上技巧運動。據(jù)傳起源于菲律賓狩獵民族在狩獵和戰(zhàn)斗所使用的武器——繩子前端懸掛著重物，并且Yo-Yo在菲律賓的土語塔加路語中是“回來”或“去回來”的意思。那么，溜溜球在甩出去之后是如何回來的呢？

如圖所示，傳統(tǒng)的溜溜球中單股繩直接系在輪軸上，將溜溜球的輪軸和輪盤看作一個剛體，在溜溜球被向下甩出的過程中，在重力和人給予的初始沖量的作用下向下運動，同時由于重力和繩子對其的力矩作用開始轉(zhuǎn)動，重力勢能逐漸轉(zhuǎn)換成平動動能和轉(zhuǎn)動動能,隨著重力勢能的減少,下落的速度越來越快,轉(zhuǎn)動的速度也越來越快。當細繩全部展開后,下落速度和轉(zhuǎn)動速度達到最大值,這時原來的重力勢能完全轉(zhuǎn)化為平動動能和轉(zhuǎn)動動能。

由于轉(zhuǎn)動慣性的作用，在最低點時溜溜球還會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，但此時細繩已經(jīng)全部展開，溜溜球已不可能繼續(xù)往下走，由于細繩與輪軸是固連的，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)就會從另一個方向開始纏繞細繩，開始爬升，即所謂的“自己滾上來”。但由于細繩不是完全彈性體，在溜溜球轉(zhuǎn)向的過程中平動動能有所損失，在向上運動時不會回到初始位置，因此需要在初始時將悠悠球“甩”出去或在最低點時迅速提一下細繩以補充能量損失。

為了使溜溜球在最低點處懸停足夠長的時間來完成一些高難度動作，發(fā)展了一系列現(xiàn)代化溜溜球——軸承型、離合型溜溜球等。其原理與圖中的現(xiàn)代溜溜球基本一致，細繩與輪軸沒有直接固連，在最低點時輪軸能夠繼續(xù)克服細繩對其的摩檫力旋轉(zhuǎn)而不纏繞細繩。為了使溜溜球滾上來，有時需要提一下細繩，使得輪軸與細繩接觸的地方壓力增大，對應(yīng)摩檫力增大，大于靜摩擦力時即會使細繩開始纏繞輪軸，進而開始爬升，回到玩家手中。

與麥克斯韋滾擺類似，不考慮空氣阻力和細繩在下落及懸停時對輪軸的摩檫力，并且細繩是完全彈性的在無阻力情況下，自由釋放的溜溜球會每次都會到原來的高度。

補番推薦：《超速YO-YO》；《火力少年王》——想當年小編還是手握火鳳萌新呢！

參考：溜溜球的力學原理 https://wenku.baidu.com/view/8758da26dd36a32d737581eb.html?sxts=1553134842089

By 勿用

2

Q：為什么搖汽水后可樂會噴出來，明明是只要氣漏完，瓶內(nèi)氣壓就恢復(fù)平衡了，而且水是在氣體的下面的。

by cmd

幾乎所有的果汁飲料都會寫著“喝前請搖勻！”，那為什么可樂瓶上不這么寫呢？當然是因為它會噴出來啦，是的，你沒看錯，就是噴出來，像這樣——

作為一名資深死肥宅，不管是櫻桃味的還是胡椒味的，聽裝的還是罐裝的，藍瓶的還是白瓶的，嗯，假裝都喝過。。針對提問者的疑問，在此說明一下可樂會噴出來的兩個關(guān)鍵點——氣壓平衡和水氣分布。

汽水搖一搖后，氣體從液體中逸出，彌散在可樂瓶極小的氣體空間內(nèi)，氣壓很大，打開瓶子的瞬間，氣體跑出瓶口，如果僅僅是這樣的話，瓶內(nèi)氣壓會即刻回復(fù)平衡，可樂就不會噴出來了。但有一點需要注意的是，氣體在在搖一搖后并沒有立刻全部完成水氣分離，部分氣體分子依然在不斷地從液體逸出，同時還有部分聚集的較大氣體分子附著在瓶壁上，搖一搖后立刻開瓶的瞬間，這些氣體分子會附著液體一起噴出，當然其中還隱含著氣體分子逐漸增大的熱力學過程。為了防止可樂噴出，可以在搖一搖后靜置一段時間，然后緩慢打開放氣，或敲一敲可樂罐，使罐壁的氣泡運動到液體上方再打開，當然最好的辦法當然是不去搖可樂瓶啦！

最后問題來了，到底是搖可樂噴汽水呢，還是搖汽水噴可樂呢？

By 勿用

3

Q：早上刷牙的時候發(fā)現(xiàn)，牙膏滴在洗漱池的斜面上，牙膏周圍形成一個環(huán)狀的區(qū)域，似乎對水產(chǎn)生了排斥力，水無法流進這個區(qū)域。請問這是因為表面張力嗎？

by?noname

我們首先了解一下接觸角的概念。問題所描述的情形可以用上圖簡單表示，在這樣一個氣、液、固三相交界的體系中，有三種界面張力在相互作用。不難理解，σ氣，固傾向于使液滴鋪展開，σ液，固 傾向于使液滴收縮，在圖示潤濕（θ＜90°）的情況下，σ氣，液 傾向于使液滴收縮。接觸角定義為σ液，固 和σ氣，液 之間的夾角。簡單的力學分析可得：

我們?nèi)粘Ｓ玫难栏嘁话愣己斜砻婊钚詣ㄈ绲龋?。這個名詞是不是很耳熟？沒錯，在之前關(guān)于“洗頭搓不出泡沫”的問答中已經(jīng)說過，表面活性劑進入水中會迅速聚集于界面，親水基指向水相，疏水基指向氣相，使表面張力急劇下降并趨于恒定。

回到問題本身，在牙膏沫周圍的水中，由于表面活性劑的加入，其表面張力減小，根據(jù)前面關(guān)于接觸角的分析，其收縮作用減弱，更傾向于在固體表面鋪展開來，即接觸角θ減小，所以看上去比遠離牙膏沫的水面要更低洼。

By Major Tom

4

Q：為什么隧道里收不到手機信號呢？

by 匿名

手機是用微波通信的，我國手機通信的頻率范圍在825 MHz~2655 MHz之間（從2G到4G，頻率逐漸變高），這對應(yīng)于的波長大約在0.11 m~0.36 m之間，所以也叫分米波。

微波是電磁波的一種。當微波遇到障礙物時，有兩種辦法通過，一種是直接穿透，但是微波的能量太低了，穿透性很差；而電磁波有衍射現(xiàn)象，所以，另一種辦法是繞過障礙物傳播，但是微波的波長比較短，所以繞射的能力也比較弱。到這里，這個問題就好解釋了，因為微波不僅無法穿透隧道壁，也無法通過繞射進入到隧道，因此在隧道里面就收不到手機信號了。

另外，不知大家注意到了沒有，坐地鐵的時候，在地下那么深的隧道信號還能滿格。這是因為地鐵里面有分布式基站和泄露電纜用于保障通信。

By?重光

5

Q：為什么紅色光和綠色光混在一起可以看到黃色光，而鋼琴上的do和mi一起按下去卻聽不出re來？

by?人類真奇怪

這就要從人類的視網(wǎng)膜說起了。人類的視網(wǎng)膜上的有視桿細胞和視錐細胞，其中視錐細胞用于感知強光和負責色覺，視錐細胞有L、M、S型有三種，分別對紅色（Long，長波）、綠色（Medium，中波）、藍色（Short，短波）敏感，見下圖：

正是因為有這三種細胞的存在，紅、綠、藍才成了我們?nèi)祟惖娜?，要注意的是，紅、綠、藍之所以是三原色，不是因為物理原因，而是生理原因，比如鳥類有四種感知波長的細胞，如果它也是像人類一樣感知色彩的話，那它的原色是四種。

紅色光和綠色光混合可以看到黃色光，那是因為這種混合產(chǎn)生的復(fù)色光對視錐細胞的刺激和黃色的單色光對視錐細胞的刺激等效，但實際上兩者本質(zhì)上是不同的，只是因為人眼的特性，才使得二者看起來一樣。黃色的復(fù)色光和黃色的單色光的光譜是不一樣的。

鋼琴上的do和mi一起按下去卻聽不出re，那是因為do和mi的音混合后和單純re的音不等效，人耳是可以分辨出來的。

By 重光

6

Q：請問衛(wèi)生間里常見的按壓開關(guān)(就是按壓一下出水，過一段時間自動斷水那種)是什么原理？還有，為什么有些這樣的開關(guān)按下不出水，彈起來之后才出水？出水水量又靠什么來控制？(能畫張圖詳細解釋最好)

by?飲茶稽

根據(jù)題者描述，應(yīng)該指的是按壓式自動延時水龍頭，其優(yōu)點是自動斷水，防止使用過后忘關(guān)，節(jié)約用水；同時每次洗手只需要按壓一次水龍頭即可，避免洗干凈手之后再去關(guān)水龍頭的二次污染；在公共衛(wèi)生間等人流量較大的地方使用是很好的選擇。

由于其構(gòu)造可能屬于商業(yè)機密，同時沒有拆卸這種水龍頭的經(jīng)驗，筆者盡量找到了一張可以部分說明水龍頭如何實現(xiàn)按壓出水和延時斷水兩個功能的不那么常見的結(jié)構(gòu)圖：

按壓出水的實現(xiàn)主要由與9號壓桿聯(lián)動的部件完成，其下壓過程中使得2號彈簧壓縮，18號擋板左移，同時17號部件下移，水流順利流出，紅線為水流經(jīng)過路線，水流大小由按壓力度大小決定的擋板與17號部件開口的大小來影響。

延時斷水主要由2號彈簧完成，當壓力卸掉之后，2號彈簧伸展，使得18號擋板右移同時17號部件上移，關(guān)閉水流，其延時時長主要由2號彈簧的彈性系數(shù)決定。上圖只是簡單給出可以實現(xiàn)按壓出水和延時斷水的一種方式，并不是所有的水龍頭開關(guān)都是這種。

至于為什么有些這樣的開關(guān)按下不出水，彈起來之后才出水？可能與水龍頭實際的結(jié)構(gòu)有關(guān)，或者它被熊孩紙玩壞了。。

參考：《節(jié)能水龍頭設(shè)計》https://wenku.baidu.com/view/cf59440a3069a45177232f60ddccda38376be179.html?rec_flag=default&sxts=1553185779899

By 勿用

7

Q：冰加熱會變成水，水加熱會變成水蒸氣。金屬加熱會變成液體，金屬液體繼續(xù)加熱會變成金屬蒸汽嗎？金屬分子長什么樣，想想是不是很期待呀！

by 楊東才

金屬液體繼續(xù)加熱會變成“金屬蒸汽”。本質(zhì)上講，物質(zhì)三態(tài)的簡單分類只與其組成分子間的間距有關(guān)，當分子間距足夠大時處于氣態(tài)，足夠小時處于固態(tài)，介于兩者之間為液態(tài)，同時對應(yīng)于不同的物理特性。由于分子熱運動，在非絕對零度的條件下，金屬表面總會有極少的原子發(fā)生擴散運動。

和水蒸氣一樣，我們不能宏觀直接觀察到“金屬蒸汽”，只有當其聚集在一起或體現(xiàn)某些作用時，我們才能體會到“金屬蒸汽”的確實存在。比如實驗中化學氣相輸運（CVD）實驗中含金屬元素材料的合成，磁控濺射實驗中金屬離子的定向傳輸，汞燈、鈉燈等等。

從微觀角度角度看金屬原子就顯得更加直觀和有趣了，比如利用球差電子顯微鏡直接觀察原子排列，利用原子力顯微鏡（AFM）觀察或控制單個原子等等。

金屬分子長什么樣，想想是不是很期待呀！——期待的話，就來學物理吧，少年！

By 勿用

本期答題團隊

物理所? ?重光、Major Tom、勿用