你還記得上一次吃口香糖是什么時候嗎？

為什么口香糖要用“錫紙”包裝？

還要設(shè)計成鋸齒邊？

問答導(dǎo)航 Q1 開空調(diào)的時候是把溫度設(shè)高一點涼得快還是設(shè)低一點涼得快？  Q2 為什么撓癢的地方就不癢了，撓不癢的地方就癢了? Q3 為什么雙面膠不會像粘其他東西一樣死死地粘住它背面的那層白色紙？ Q4 鐵塊燒紅后，經(jīng)過捶打后掉下來的碎片是什么？ Q5 人是如何做到直立行走時不會摔跤？ 人體內(nèi)有沒有“陀螺儀”？ Q6 為什么口香糖的包裝要設(shè)計成鋸齒邊？ Q7 為什么在地球和月亮各自質(zhì)量不損失的情況下，月亮反而會遠離地球？難道不是最終月亮?xí)蚕虻厍颍?Q8 為什么車輪減速轉(zhuǎn)動的時候，看著就像在反著轉(zhuǎn)?

by 我的命是空調(diào)給的

答：

空調(diào)降溫的核心在于其內(nèi)部的制冷循環(huán)，由壓縮機驅(qū)動制冷劑在蒸發(fā)器（室內(nèi)機部分）和冷凝器（室外機部分）之間循環(huán)流動。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收室內(nèi)空氣的熱量并蒸發(fā)，從而使空氣冷卻；這些冷卻后的空氣被吹回室內(nèi)。同時，吸收了熱量的氣態(tài)制冷劑被壓縮機壓縮成高溫高壓狀態(tài)，送到冷凝器向室外散熱，重新變成液態(tài)，完成循環(huán)。這里的關(guān)鍵角色是壓縮機，它的工作模式?jīng)Q定了降溫速度是否會因設(shè)定溫度而變化。

目前家用空調(diào)主要分為非變頻（定頻）和變頻兩種類型。非變頻空調(diào)的壓縮機只有“全力運轉(zhuǎn)”和“停止”兩種狀態(tài)。一旦你按下開關(guān)，只要室溫高于設(shè)定溫度，壓縮機就會開足馬力全速運行，以一個固定的、最大的功率進行制冷。因此，無論你把溫度設(shè)定為舒適的26℃還是極低的16℃，在室溫降到26℃之前，它的制冷速度是完全一樣的。設(shè)定16℃只是意味著壓縮機在達到26℃后不會停止，會繼續(xù)工作直到降到16℃，這顯著增加了運行時間和耗電量，但并沒有讓室溫在最初階段從30℃降到26℃的過程變快。

而變頻空調(diào)的壓縮機則聰明得多，它的轉(zhuǎn)速（功率）可以根據(jù)實際室溫與設(shè)定溫度之間的差值進行動態(tài)調(diào)整。當(dāng)你將溫度設(shè)定得遠低于當(dāng)前室溫（比如從30℃直接設(shè)到20℃），壓縮機會以高于常規(guī)的功率和轉(zhuǎn)速運行，從而在降溫初期提供更強的制冷能力。理論上，在這種情況下，設(shè)定20℃可能比設(shè)定25℃能更快地讓房間達到25℃這個中間溫度。許多變頻空調(diào)還專門設(shè)有“強力/速冷”模式，本質(zhì)上就是讓壓縮機在初始階段以最大或接近最大功率運行一段時間。不過，即使設(shè)定低溫能略微提升變頻空調(diào)的初期降溫速度，要達到那個極低的設(shè)定溫度（如20℃）本身仍然需要足夠的時間，且后期維持超低溫度會非常耗能。

因此，結(jié)論很清晰：對于非變頻空調(diào)，設(shè)定更低的溫度完全不能加快降溫速度，只會白白浪費電力。對于變頻空調(diào)，設(shè)定一個遠低于目標(biāo)舒適溫度的數(shù)值（或使用速冷模式），有可能在降溫初期略微提升速度，但這效果有限，且代價是更高的能耗和潛在的過度制冷。從舒適性和節(jié)能角度出發(fā)，世界衛(wèi)生組織和能源機構(gòu)普遍建議將空調(diào)溫度設(shè)定在24℃至27℃之間。配合使用電風(fēng)扇促進空氣循環(huán)，能有效提升體感涼爽度，無需依賴過低的空調(diào)設(shè)定。下次回家，不妨試試直接設(shè)定到26℃，再打開風(fēng)扇，或許比盲目調(diào)到16℃更早享受到那份恰到好處的清涼。

by Chocobo

Q.E.D.

Q2 為什么撓癢的地方就不癢了，撓不癢的地方就癢了？

by 替罪哥

答：

癢覺和痛覺是兩種相關(guān)但不同的感覺信號；當(dāng)你撓癢時，會激活痛覺神經(jīng)，傳遞疼痛信號，從而短暫抑制癢覺。大腦在接受多個感覺信號的時候，會像我們?nèi)粘Ｌ幚硎聞?wù)一樣，先處理最要緊的——也就是痛覺；優(yōu)先處理最強的痛覺的時候，大腦就會“占線”，從而緩解別的感覺。這個道理有點像是有些人抹酒精的時候，為了扛過這個疼痛從而緊緊地咬住嘴唇或者握緊雙拳，制造額外的疼痛來緩解痛感的行為。

而反過來，當(dāng)你不癢的時候，輕輕撓某些地方也會刺激同樣的神經(jīng)元，從而讓你感受到機械癢覺。但是同樣的，大腦也會選擇性地處理信號：當(dāng)你無聊或者注意力集中于你撓癢的地方的時候你會更容易感覺到癢。

不過值得注意的是，當(dāng)你感覺癢的時候，撓癢并不是一個好的選擇：因為我們在最開始提到了，撓癢的本質(zhì)實際上是你用一定的痛感來“占線”，從而暫時覆蓋掉了癢的感覺。但是大腦對于痛覺這種常見的“緊急情況”有一套成熟的處理機制：它會釋放血清素來幫助控制疼痛，但是血清素對疼痛和瘙癢的感覺有混淆作用。當(dāng)血清素從大腦擴散到脊椎的時候，他會影響其中的特定神經(jīng)元，反而會加劇癢感。這就形成了“癢-抓-癢”的惡性循環(huán)。并且，撓癢還可能導(dǎo)致皮膚輕微損傷，激活某些神經(jīng)-免疫信號，從而激活肥大細胞釋放組胺，導(dǎo)致炎癥以及癢感加重。很多人在被蚊蟲叮咬之后瘙癢不止，如果撓的話會發(fā)現(xiàn)自己根本停不下來，就是因為上述原因；這時候科學(xué)的做法就是用些藥或者風(fēng)油精清涼油之類的，解決瘙癢的源頭，而不是遵循本能，反而讓情況變得更糟。

最后，你也可能注意到有時撓某個位置后，身體另一不同部位突然癢，這是“轉(zhuǎn)移性癢覺”。其機制可能與脊髓或大腦皮層處理的交叉投射有關(guān)。

參考資料：

1. Madison R. Mack, Brian S. Kim, The Itch–Scratch Cycle: A Neuroimmune Perspective, Trends in Immunology, Volume 39, Issue 12, 2018, Pages 980-991, ISSN 1471-4906.

by ArtistET

Q.E.D.

Q3 為什么雙面膠不會像粘其他東西一樣死死地粘住它背面的那層白色紙？

by 正態(tài)分布

答：

雙面膠上那層白紙叫離型紙，也叫硅油紙、防粘紙，其核心作用是防止膠帶在卷曲存放時發(fā)生自粘，同時確保使用時能夠輕松剝離。

離型紙的設(shè)計非常精妙，首先要選擇某種材料做為離型襯底，至于選擇什么材料，還要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境而定。硅化紙是常用的離型襯底材料，如果需要具備模切能力，聚酯材料是首選。如果需要暴露在潮濕環(huán)境中，選擇聚乙烯涂布紙會更好，因為它具有尺寸穩(wěn)定性。 一般襯底材料確定后，還不能直接涂離型劑，因為離型劑具有一定的滲透性，如果沒有阻隔的話，會滲透到紙張內(nèi)部，造成固化不良以及離型劑使用量偏大等后果。所以需要先對襯底做涂塑處理（俗稱淋膜）。不過，有些離型紙也不做涂塑處理，比如格拉辛、CCK等，它們采用的是其他特殊的處理方法。

隨后會涂上離型劑，這會大大降低表面能，確保膠帶能撕開。離型劑以蠟和硅樹脂為主，在常溫下保持固態(tài)，具有粘性，而在一定溫度下（150℃左右）發(fā)生融化。離型劑主要以有機硅離型劑為主，有機氟離型劑及其他一些非硅離型劑為輔。另外，膠帶兩面的離型力大小是不一樣的，這也是為什么使用的時候膠帶總是吸附在離型紙的一面。

參考資料：

1. 王石花. 離型紙及其生產(chǎn)工藝分析[J]. 黑龍江造紙,2012,40(2):17-20.

by Sid

Q.E.D.

Q4 鐵塊燒紅后，經(jīng)過捶打后掉下來的碎片是什么？

by rinkumarked

答：

碎片的主要成分叫做“鍛鱗”，通常是黑色、藍黑色、棕紅色薄片，高溫下會發(fā)出火星狀飛濺，類似焊花；而且性質(zhì)脆、不具延展性。它的形成原理是在鐵塊燒紅的時候，會與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的反應(yīng)，生成氧化鐵層，主要是氧化亞鐵、氧化鐵、以及四氧化三鐵。這些氧化物在高溫下形成一層脆而易碎的氧化皮。捶打過程中，金屬發(fā)生形變，而這層氧化皮就會因應(yīng)力剝落，形成碎片飛濺出去。一般而言，在鍛鐵溫度處于900℃到1200℃的范圍內(nèi)，氧化亞鐵占據(jù)鍛鱗的絕大多數(shù)，但當(dāng)溫度低于650℃時，另外兩種成分的比例就會上升。并且鍛造不同合金成分（比如碳含量）的鐵時，會對鍛鱗的厚度和剝落行為產(chǎn)生顯著的影響。

碎片的另一小部分則是微小的金屬顆粒。這是因為猛烈鍛打時，部分金屬可能被直接打碎飛出，尤其是在邊角部位；特別是鍛打時，如果鐵塊燒得過熱，金屬會變得更軟，局部容易脫落。不過這類碎片通常比氧化鐵少得多，且金屬本身比較堅固，飛出的也是極小顆粒。

參考資料：

1. Hara, Kenichiro, et al. “Microstructure of Oxide Scale on Hot-Rolled Iron.” Advanced Materials Research, vol. 922, Trans Tech Publications, Ltd., May 2014, pp. 242–247.

2. Graf, M.; Ullmann, M.; Korpala, G.; Wester, H.; Awiszus, B.; Kawalla, R.; Behrens, B.-A. Forming and Oxidation Behavior During Forging with Consideration of Carbon Content of Steel. Metals 2018, 8, 996.

3. Behrens, B.-A.; Chugreev, A.; Awiszus, B.; Graf, M.; Kawalla, R.; Ullmann, M.; Korpala, G.; Wester, H. Sensitivity Analysis of Oxide Scale Influence on General Carbon Steels during Hot Forging. Metals 2018, 8, 140.

by ArtistET

Q.E.D.

Q5 人是如何做到直立行走時不會摔跤？ 人體內(nèi)有沒有“陀螺儀”？

by 茉立

答：

人能夠直立行走并保持平衡，絕非僅僅依靠強壯的骨骼和肌肉。這是一個由視覺系統(tǒng)、本體感覺系統(tǒng)（體感）和前庭系統(tǒng)緊密協(xié)同工作的結(jié)果，腦則是它們的指揮中心。視覺系統(tǒng)提供周圍環(huán)境的參照物和空間方位信息，比如腳下的臺階或傾斜的路面。想象一下在完全黑暗的房間里走路，你會格外小心，甚至容易踉蹌，這就是視覺信息缺失帶來的影響。本體感覺系統(tǒng)則像遍布全身的微型傳感器，位于肌肉、肌腱和關(guān)節(jié)中（比如腳踝、膝蓋）。它們時刻感知著身體各部分的位置、運動狀態(tài)以及受力情況。當(dāng)你踩在一塊不平的石頭上，腳底的感受器會立刻將壓力分布的變化信號傳回腦，告知身體重心發(fā)生了偏移。

然而，核心的平衡控制專家是藏在顳骨深處的前庭系統(tǒng)，它主要負責(zé)感知頭部的運動和空間方位。這個系統(tǒng)由兩部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組成：半規(guī)管和耳石器官。三個充滿液體的環(huán)形半規(guī)管互相垂直排列（想象一下房間的墻角），專門負責(zé)探測頭部的旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)你轉(zhuǎn)頭或搖頭時，半規(guī)管內(nèi)的液體會因為慣性而滯后流動，推動管壁上的微小毛細胞，毛細胞彎曲就會產(chǎn)生神經(jīng)信號。這些信號精確地告訴腦頭部轉(zhuǎn)動的方向、速度和角度。這，就是常被類比為“生物陀螺儀”的部分——它們的功能確實類似于工程學(xué)中的速率陀螺儀，通過感知角速度變化來維持方向感。比如你快速原地轉(zhuǎn)圈后停下會感到天旋地轉(zhuǎn)，正是因為半規(guī)管里的液體還在慣性流動，給腦發(fā)送了錯誤的“仍在旋轉(zhuǎn)”的信號。

耳石器官則像內(nèi)置的水平儀和加速度計。它們內(nèi)部覆蓋著富含微小碳酸鈣晶體（耳石）的膠狀膜。當(dāng)你的頭部發(fā)生線性移動（如向前行走、上下電梯）或相對于重力方向傾斜（如彎腰、抬頭）時，這些耳石膜會因為慣性或重力作用而移動，同樣牽拉下方的毛細胞產(chǎn)生信號。這樣腦就能知道你是向前加速了、向后仰了，還是頭朝下了（比如跳水時）。

這三套系統(tǒng)——視覺、本體感覺和前庭系統(tǒng)——每時每刻都在向腦（主要是腦干和小腦）發(fā)送海量信息。腦就像一個超級計算機，瞬間整合、分析這些數(shù)據(jù)，判斷身體重心是否偏離了支撐面（雙腳），以及偏離了多少、朝哪個方向。分析完成后，腦會立刻發(fā)出精確的指令給相關(guān)的肌肉群（尤其是腳踝、膝蓋、髖部和核心肌群），指揮它們做出微小的收縮或放松調(diào)整，比如在你即將向前倒時，腳后跟的肌肉會收緊，腳趾會輕微下壓，或者控制身體微微后仰，從而將重心拉回到雙腳支撐范圍內(nèi)。整個過程在毫秒級內(nèi)自動完成，無需你主動思考，讓你能在崎嶇的路面、搖晃的車廂，甚至是一邊走路一邊看手機時保持穩(wěn)定。

所以，人體內(nèi)確實沒有手機或飛機里那種精密的機械或電子陀螺儀芯片。但前庭系統(tǒng)中的半規(guī)管，憑借其精巧的三維正交結(jié)構(gòu)和利用液體慣性感知旋轉(zhuǎn)運動的原理，在功能上扮演了類似“生物陀螺儀”的角色。它們是我們能夠感知頭部方向變化、保持動態(tài)平衡不可或缺的核心傳感器之一。下次你再在搖晃中站穩(wěn)腳跟，別忘了感謝這套精密身體構(gòu)造的“祖?zhèn)鞔a”，讓我們成為平衡高手。

參考資料：

1. Reimann H, Fettrow T, Thompson ED, Jeka JJ. Neural Control of Balance During Walking. Front Physiol. 2018 Sep 13;9:1271.

by Chocobo

Q.E.D.

Q6 為什么口香糖的包裝要設(shè)計成鋸齒邊？

by 匿名

答：

你有多久沒嚼口香糖了？至少我已經(jīng)記不清上次嚼口香糖是什么時候了。不過不知道你有沒有注意到，大多數(shù)口香糖的包裝都有一層銀光閃閃的"錫紙"，而且這些包裝的邊緣往往都是鋸齒狀的。其實不只是口香糖包裝，像報紙邊緣、超市小票等也常常采用鋸齒狀設(shè)計，這背后可藏著不少學(xué)問。

首先要澄清一個常見的誤解：我們常說的"錫紙"其實并不是用錫做的，而是用鋁箔制成的。相比于錫，鋁箔具有更多優(yōu)勢：熔點更高、成本更低，而且不會給食物帶來異味。更重要的是，鋁箔具有極低的透氧性，能有效阻隔氧氣進入包裝內(nèi)部，防止食品氧化變質(zhì)，大大延長保質(zhì)期。鋁本身還能與氧氣反應(yīng)，在表面形成一層致密的氧化鋁保護膜，阻止內(nèi)部鋁繼續(xù)氧化。此外，鋁箔還具有良好的反光性能，可以反射熱量，防止內(nèi)部口香糖因溫度過高而軟化。再加上其出色的延展性和密封性，能有效阻隔外界細菌污染。最重要的是，鋁箔表面能低，不易與口香糖粘連，加上銀色的外觀既美觀又實用，這無疑是包裝材料的理想選擇。

那么為什么要做成鋸齒邊呢？這要從幾個方面來說。首先，鋸齒狀設(shè)計能減少機器的磨損率。因為鋸齒刀具與材料是點接觸，而平口刀是線接觸，接觸面積小得多，自然就更耐用。其次，在高速旋轉(zhuǎn)的裁切機上，鋸齒狀的刀刃比筆直的刀刃更好裁開紙，失敗幾率更低，更加節(jié)省原料。另外，鋸齒邊還起到了防止割手的作用，這種設(shè)計通過分散接觸壓力，避免力量集中在鋒利的邊緣上，大大降低了劃傷風(fēng)險。

真沒想到，一個小小的包裝竟有這么多巧妙的設(shè)計。

by Sid

Q.E.D.

Q7 根據(jù)萬有引力，兩個星體互相吸引，在正常情況下必定會互相靠近。為什么在地球和月亮各自質(zhì)量不損失的情況下，月亮反而會遠離地球？難道不是最終月亮?xí)蚕虻厍颍?/p>

by 愛好物理小學(xué)生

答：

對于靜止的兩個星體來講，確實如此，但是我們必須注意星體時刻都在運動，慣性和萬有引力的作用結(jié)合在一起讓天體的運行軌道成為圓形或者橢圓形。 首先我們討論問什么月球沒有直接撞向地球。在這里由于情況比較簡單，而且問題也不涉及相對論，我們可以很簡單的說明。我們將地球質(zhì)量記為M，月球質(zhì)量記為m，這里M>>m，所以我們可以近似認為地球不動，月球繞著地球轉(zhuǎn)（這樣做可以最大程度簡化我們的說明）。如果月球的速度v大小合適，并且方向垂直于其與地球的連線，記它與地球的距離為r，那么此時萬有引力 全部用于提供月球運動的向心力 ，月球會繞地球做勻速圓周運動，我們也可以定義角速度 ω ，如下圖所示；

我們也可以解出此時月球的速度大小為 ，萬有引力對月球的這種運動狀態(tài)的效果是持續(xù)改變其運動方向而不改變其大小，結(jié)果讓它以不變的速度大小繞地球轉(zhuǎn)。但是真實情況不是如此：在月球速度與地月連線垂直的時候它的速度大小并不合適，所以構(gòu)不成圓周運動，但是速度依然處在一個合適的區(qū)間內(nèi)，使得它不會因為速度過慢被萬有引力拽下來或者是速度過快導(dǎo)致它逃逸，這時它就會在一個以地球為其中一個焦點的橢圓軌道上運動，如下圖所示，它的運動遵循開普勒定律，也就是地月連線在同樣的時間間隔內(nèi)掃過的面積相等。

我們剛剛提到了，其實月亮的速度大小如果“不那么好”，它確實會被地球拽下來或者逃逸掉，那么具體的速度大小是什么？這我們就需要考慮它在軌道上的總能量了。月球的動能是 ，萬有引力勢能是 ，讓月球不被地球拽下來所需要的最低能量其實就是讓月球“貼地飛行”的能量，也就是繞以地球半徑為半徑的軌道運行的能量，帶入之前的公式我們可以得到最小能量是 ，最小速度是 ，其中R是地球半徑。如果動能夠大，足夠讓其飛到無窮遠，也就是 的時候，月亮球會脫離地球的掌控，成為一顆自由（至少是相對地球而言）的“流浪星球”。

至于你所提到的月球遠離地球，除了在橢圓軌道上抵達近地點后的半個周期內(nèi)的“正?！边h離以外，還有因為潮汐力使得月球的軌道整體離地球越來越遠的這一部分。具體一點來說，就是地月之間的引力作用引起了地球上的潮汐現(xiàn)象，引發(fā)海洋與地殼產(chǎn)生一定的隆起，由于慣性和地球自轉(zhuǎn)的原因，這個隆起相對于月亮的位置會超前一點，這個隆起的部分就會對月球產(chǎn)生一個沿公轉(zhuǎn)軌道向前的引力，從而讓月亮獲得動能而遠離地球。但是實際上這個遠離帶來的影響并不大，因為目前每年月球遠離地球大約3.8cm，這會導(dǎo)致地球上的潮汐會變得弱一點，日食更少見一點，因為月球?qū)Φ厍虻姆醋饔昧σ矔沟厍虻淖赞D(zhuǎn)變慢一點。

參考資料:

1. Newhall, X., Williams, J.G., Dickey, J.O. (1990). Tidal Acceleration of the Moon. In: Brosche, P., Sündermann, J. (eds) Earth’s Rotation from Eons to Days. Springer, Berlin, Heidelberg.

by ArtistET

Q.E.D.

Q8 為什么車輪減速轉(zhuǎn)動的時候，看著就像在反著轉(zhuǎn)?

by Clear for take off

答：

這是由于當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動頻率大于人眼采樣頻率的一半時，會發(fā)生信號混疊現(xiàn)象，讓車輪看上去在反著轉(zhuǎn)。上過信號與系統(tǒng)這門課的同學(xué)是否還記得“奈奎斯特采樣定律”，它告訴我們想要無失真地恢復(fù)模擬信號，采樣頻率至少應(yīng)為模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍，如果采樣頻率低于信號最高頻率的兩倍，那么在信號重構(gòu)時可能會發(fā)生混疊現(xiàn)象。怎么理解這個混疊現(xiàn)象呢，舉個極端一點的例子。假設(shè)車輪轉(zhuǎn)動頻率是人眼的采樣頻率的一半，那就意味著你每次看車輪它都轉(zhuǎn)了180度，如果車輪上有個標(biāo)記，你會感覺這個標(biāo)記在上下動，但無法判斷車輪轉(zhuǎn)動的方向。如果車輪轉(zhuǎn)動頻率剛好是人眼采樣頻率呢，那我們會誤認為車輪是靜止不動的！

生活中信號混疊的現(xiàn)象很常見，比如直升飛機的螺旋槳、風(fēng)扇葉片都有可能出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。為了避免混疊，工程上通常會在采樣前加一個抗混疊濾波器來過濾高于1/2采樣頻率的信號。而在影視拍攝中，會采用更高幀率的相機捕捉快速運動。

參考資料:

by Sid

Q.E.D.

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Chocobo、ArtistET、Sid

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編輯：Sid