北京
你是不是也有過這種體驗：
一到晚上照鏡子，
總覺得自己比白天帥/美了不少？
問答導航
Q1 為什么拼不回斷裂的磁鐵？
Q2 為什么魚湯表面顏色更淺？
Q3 為什么信號經過旋轉雷達天線關節不會斷？
Q4 什么決定了火焰的顏色？
Q5 地球自轉和公轉的力來自哪里？
Q6 從天上掉下來的雨滴到底干不干凈？
Q7 怎樣算接地？
Q8 為什么晚上照鏡子會變帥？
Q1
一塊完整磁鐵斷裂后，為什么拼不回去？
by 匿名
答：
有的磁鐵分開后會合成一塊，有的不行，要看磁極長什么樣，是怎么切斷的。 我們一般見到的長條形磁鐵，兩端是南北極，可以理解為很多小磁鐵的串聯，垂直劈開后仍然是南北極相對，最終會異性相吸。有的磁鐵的磁極性方向不是沿著長軸，而我們從中這樣分開后其實是變成兩個磁鐵的并聯，最后磁鐵會變成同性相斥。圖1是展示。
圖1.不同磁鐵斷開結果
參考資料：
by 小被子
Q.E.D.
Q2
為什么魚湯放冰箱里凍起來，表面的顏色比下面的顏色淺？
by YYZ
答：
咱們熬出的濃白的魚湯本質上是一鍋“乳濁液”，燉煮過程中，持續翻滾的氣泡結合高溫的作用，將魚肉中的脂肪打散成無數微小的油滴，這些油滴被蛋白質包裹著懸浮在湯里。這個時候，照進湯里的光線，碰到這些密密麻麻的小油滴，就會發生散射現象，我們的眼睛看著就是奶白色。
當我們把魚湯放到冰箱后，由于脂肪的密度略微小于水，在靜置初期，湯里的微小油滴會慢慢向液面匯聚，這個過程和剛擠出的鮮牛奶靜止一段時間后，表面會浮出一層乳脂是相同的物理過程。但當溫度降低至10℃至15℃時，魚骨和魚皮中熬出的膠原蛋白會形成三維網狀結構，將湯液變成黏稠的“魚凍”。這道網鎖死了微小脂肪的位置，讓上浮過程戛然而止。
隨后溫度降至冰點以下，表層富集的脂肪失去流動性，與表層冰晶交織成了致密的“冰脂混合物”。這種結構對光線散射很強，看起來呈現出不透明的淺白色。而反觀湯的底部，由于大量脂肪的流失，透光性得到增強，于是顯露出了底湯中游離氨基酸、核苷酸降解物以及微量色素等水溶性物質形成的深褐色。
下次從冰箱里拿魚湯加熱時，你可以觀察一下：表面那層最白的部分，遇熱會最先化開，變成一層清亮的浮油。這正好證明了，那層白色的家伙其實就是被凍住的脂肪。
by 檸七
Q.E.D.
Q3
為什么可以360°不斷機械旋轉的雷達天線，是依靠什么技術保證信號經過旋轉關節還能正常傳輸的？如果是有線傳輸的話會擰斷線纜的吧？
by 匿名
答：
既然有線傳輸會擰斷線纜，那我們給轉動部分安上藍牙吧！（大誤）事實上，這個問題仍然是通過有線傳輸解決的，只不過加上了一些小巧思：
對于生活中常見低頻電信號，簡單的導電滑環就能解決。它的轉動部分是一個金屬環陣列，每一個環對應一路電信號；而靜止部分連著導電刷絲， 刷絲輕輕按在旋轉的金屬環上，始終與其保持物理接觸。這樣，電流就能從靜止的底座通過電刷傳遞到旋轉的天線上。
一種簡易導電滑環（圖源網絡）
但雷達發射的是超高頻電磁波，這種信號在機械接觸式的滑環結構中會產生巨大的能量損失和嚴重的電磁干擾。因此，高頻雷達信號的傳輸要用上微波旋轉關節。 有些旋轉關節內部是接觸式的同軸線，通過一個壓縮彈簧讓內外導體緊密接觸在一起，保持信號傳輸穩定。
單通道寬帶接觸式旋轉關節結構
而有的旋轉關節內部是圓形波導（有點像一根圓形水管），波導內部采用軸對稱的電磁場模式（如TM01模），這樣無論管子怎么轉，電磁場的分布都不會變，信號也就保持了穩定。工程上，雷達旋轉關節設計并不簡單，若是要同時傳輸多路信號，結構就更復雜了：
一種六通道旋轉關節結構示意圖
可能有讀者想問，既然如此，那為什么不能給雷達裝上藍牙呢？因為即使在無線傳輸技術高度發達的今天，無線傳輸的功率、速度、穩定性和電磁兼容性仍然無法和有線傳輸相比——而對于雷達而言，這幾項性能可是至關重要的！
參考資料：
雷達饋線技術[M]. 張德斌, 周志鵬, 朱兆麒. 北京: 電子工業出版社. 2010.
by 冰糕
Q.E.D.
Q4
什么決定了火焰的顏色？為什么蠟燭的顏色是黃色的，但是本生燈的火焰就是藍色的呢？
by Devin
答：
火焰是燃料和氧氣發生化學反應時形成的高溫發光區，發出的光的波長決定了我們看到的火焰的顏色。那么重點就變成了發光波長在不同情況下的具體分布。對于燃料而言，當其含有特定的金屬元素時，這些金屬元素在高溫下會發生焰色反應（沒錯，就是化學課本里提到的焰色反應），發出特定顏色的光，比如化學課本里面提到的銅的藍綠色，和鉀的紫色。這是化學元素本身的原子光譜（原子吸收能量從而躍遷到高能級，處于高能級的原子跳回低能級時會放出特定波長的光）。但是這里要注意，我們看到的光不是反應本身，而是這些金屬元素借助了高溫進行發光，當焰色反應發出的光蓋過原本燃燒放出的光時，我們看到的火焰就是焰色反應的顏色。（煙花的顏色就是這么來的，又學到新知識了吧！）
當不含有金屬元素時，火焰的顏色主要受燃燒是否充分影響。燃燒不充分時，由于氧氣供應不足，燃料中的碳氫化合物會熱解出大量細小的熾熱碳顆粒，這些固體顆粒在高溫下發生黑體輻射，其發光的顏色取決于溫度。一般在1000-1200 °C的區間對應的光譜峰值是黃橙波段，因此，我們觀察到的是明亮的黃色火焰，這也回答了為什么蠟燭火焰呈黃色。而對于完全燃燒而言，燃料被徹底氧化為二氧化碳和水，幾乎不產生游離的碳顆粒。此時，火焰的顏色不再由黑體輻射主導，而是由氣相化學反應中產生的激發態自由基（如 ）所控制，這些自由基從高能級躍遷回低能級時會釋放特定波長的光子，從而使火焰呈現淡藍色。
這里就解釋了本生燈的火焰為什么是藍色。本生燈底部有一個進氣孔，進氣孔打開時，燃氣在燃燒前就已經混入較多氧氣，燃燒更加充分，因此能看到藍色的火焰。
參考資料：
Yang J, Ma Z, Zhang Y. Improved colour-modelled CH* and C2* measurement using a digital colour camera [J]. Measurement, 2019, 141: 235-240. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.04.016.
宋敏,鄶新凱.蠟燭火焰的光譜分析[J].光譜學與光譜分析,1994,(04):77-78+42.
by Java
Q.E.D.
Q5
地球自轉和公轉的力來自哪里？
by 子慧
答：
這種所謂的“力”不是真的力，而是來自于慣性，牛頓第一定律告訴我們力不是運動保持的原因而是改變運動的原因。地球自轉和公轉的保持都來源于初始地球和太陽系形成時的原初角動量，由于宇宙中幾乎沒有摩擦力等外力作用，因此這種旋轉可以一直保存下去，是角動量守恒的原理保證的。要簡單理解角動量守恒，我們可以考慮在一個沒有摩擦力等外力作用的“冰面”上滑行的小球會一直移動，這是動量守恒所保證的。角動量守恒也是類似的道理，地球自轉和公轉類似于陀螺在上述“冰面”上不斷旋轉。
參考資料：
by 小被子
Q.E.D.
Q6
有聽說下雨時的雨水不干凈很臟，想知道從天上掉下來的雨滴到底干不干凈？
by 匿名
答：
不干凈。首先來看看雨是如何形成的，地表的水蒸發成為水汽后，隨著暖濕氣流上升，而溫度隨著高度的升高而降低，當溫度降低到水汽的露點溫度時，水汽會在凝結核上凝結形成小水滴，這些水滴聚在一起形成云，云繼續上升冷卻或者外圍水汽不斷補充時，水滴的重量超過空氣的浮力便開始下落形成雨滴。下落過程中，雨滴會與空氣中的各種臟東西結合（濕沉降），比如灰塵、花粉、汽車尾氣顆粒甚至是細菌。更有甚者，空氣中的氮氧化物、二氧化硫濃度較高時，會溶解到降落的水滴當中導致雨水酸性增強形成酸雨。綜合來說，雨水不能算干凈。
參考資料：
by Java
Q.E.D.
Q7
電路里面經常說“接地”，物理里面也經常說“接地”，在現實生活中說“手碰到電線，腳踩在地上就會觸電”，地線和“地”到底是什么關系？“接地”又是什么？在上面那個觸電的例子里，如果穿著鞋子算不算站在地上？
by Max, well?
答：
一般來說“接地”的含義有兩種。第一種是工作接地：在電路板內部，為了方便計算，人為規定某條線為0V參考線（GND），它不一定真的連接到了土壤。第二種是保護接地，也就是家里三孔插座的那條地線——這條線是真的通往戶外的。 在建筑施工時，會有巨大的銅排或角鋼深埋在地下潮濕的土壤中，地線最終就連在那里。
在討論“觸電”問題時，我們考慮的是保護接地。在這個語境下，地線和大地的電勢是一致的，可認為都是0V。地線一般和家用電器的金屬外殼連在一起，一旦電器出現漏電，電流會優先經過地線流回大地，而不是流過電阻較大的人體，保護我們免于觸電。
“手碰到電線，腳踩在地上就會觸電”，這種情況是你摸到火線了！火線的有效電勢高達220V，這種情況下，電流會流過你的身體，通過的腳進入大地，造成觸電。即使穿著鞋，也不是絕對安全的——在物理學上，并沒有絕對的絕緣體，只有電阻極大的物質。是否觸電取決于流經身體的電流大小，如果你的鞋底不夠厚，或受潮、有汗水，或沾有金屬顆粒——它的電阻會大大減小，你仍然會觸電。因此，電工操作中會穿著特制的絕緣鞋。
by 冰糕
Q.E.D.
Q8
為什么晚上照鏡子的時候會感覺自己變得很帥？
by 7
答：
你是不是也有過這種體驗：一到晚上照鏡子，總覺得自己比白天帥/美了不少？先別急著懷疑是自己自戀，這還真不全是你的幻覺，讓我們來看看物理學和生理學上的“科學依據”。
最直接的原因是光線。白天的光比較強，很容易在眼袋、法令紋和皮膚不平整處留下清晰的陰影，這無形中放大了各種瑕疵。但到晚上，室內的光線通常偏弱、偏暖，在墻壁和家具上彈來彈去，就變成了多方向的漫反射。這種柔和的光很難制造出深陰影，默默地就把我們面部的瑕疵給“抹平”了一截，效果就像拍照時在旁邊放了盞柔光燈。
其次，我們眼睛也在“打配合”。你想想，在暗光下，我們的瞳孔會自然放大。這一放大，一方面會讓眼睛在視覺上顯得更有神采，另一方面，它也會增加眼球的球面像差。此外，在光線暗的地方，人眼負責分辨精細色彩和細節的錐體細胞“退居二線”，視網膜的分辨率也跟著下降。這些變化就像人眼自動開啟了輕微的“柔焦”模式，那些細小的毛孔和皺紋，自然就看得沒那么清了。
當然，最懂你的還是你自己的大腦。心理學上有一個很有趣的解釋，叫“單純曝光效應”。簡單來說，人對自己熟悉的東西更容易產生好感。因為你天天在鏡子里看到自己，大腦早就對臉自帶“好感濾鏡”。再加上心態的變化——白天照鏡子往往是為了出門“檢查儀表”，注意力都在找缺點上；而晚上洗完澡，人徹底放松下來，表情自然了，對鏡子里自己的審視也就變得寬容、溫柔多了。
畢竟，白天的堅硬和棱角是展示給世界的，而夜晚的柔焦與帥氣才是留給自己的。
by 檸七
Q.E.D.
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本期答題團隊
冰糕、檸七、Java、小被子
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