體感溫度與真實溫度不總是相同，

明明看著天氣預(yù)報是五度，

體感溫度卻是一兩度

兩者測的原理有什么不同呢？

問答導(dǎo)航
Q1 共享單車是怎么把車給鎖上的？
Q2 為什么蚊子蒼蠅被電蚊拍打之后在地上瘋狂原地旋轉(zhuǎn)？
Q3 如何快速去掉水杯里的茶葉浮沫？
Q4 端一碗水走路，水為何容易前后灑出？如何避免？
Q5 為什么氣泡飲料打開后檸檬片會自己浮起來？
Q6 為什么纖維在紫外線的照射下會出現(xiàn)熒光？
Q7 光纖為什么不像玻璃一樣易碎反而能彎折？
Q8 為什么葉綠體這類細胞器不能移植到人體內(nèi)？
Q9 測量體感溫度與真實溫度的原理有什么不同呢？

Q1 共享單車是怎么把車給鎖上的？

by 喬小魚

答：

共享單車的鎖車是用戶指令、云端控制和智能鎖協(xié)同完成的過程。當你通過手機APP點擊還車，指令會經(jīng)移動網(wǎng)絡(luò)傳至云端服務(wù)器，服務(wù)器隨即向單車智能鎖發(fā)出關(guān)鎖信號。智能鎖內(nèi)置通信模塊芯片（如GPRS/4G）和SIM卡，使其能接收指令并執(zhí)行物理鎖閉。

為實現(xiàn)規(guī)范停車，系統(tǒng)會驗證車輛位置。在要求“入欄結(jié)算”的區(qū)域，單車需通過北斗高精度定位（可達厘米級）或藍牙道釘技術(shù)，確認停在電子圍欄內(nèi)才能成功鎖車并結(jié)束計費。藍牙道釘通過約1米內(nèi)的感應(yīng)形成隱形停車樁。

此外，若用戶忘記關(guān)鎖且遠離車輛，部分單車具備基于距離檢測的“自動落鎖”功能，可在超時后遠程鎖車，但這有時也可能引發(fā)騎行中誤鎖的安全隱患。

by clouds

Q.E.D.
Q2 蚊子蒼蠅被電蚊拍打完之后掉落在地上后瘋狂原地旋轉(zhuǎn)是什么原因？

by 150斤大胖子

答：

這是一個復(fù)雜的問題，多個部位的電流損傷都會引起蚊蠅的瘋狂旋轉(zhuǎn)。

由于電蚊拍的電流并不會均勻地穿過蚊蠅體內(nèi)，可能對蚊蠅身體兩側(cè)的肌肉有著不同的毀傷程度；當昆蟲試圖掙扎的時候，一側(cè)的肌肉保存較好，出力大，另一側(cè)的肌肉毀傷嚴重，出力小，昆蟲就此旋轉(zhuǎn)起來。

此外，回憶初中生物學(xué)的知識，蚊蠅屬于昆蟲這一類，而昆蟲分為頭胸腹三節(jié)，相應(yīng)的，昆蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)也有三個中心：腦，胸神經(jīng)節(jié)和腹神經(jīng)節(jié)。不同于脊椎動物腦的“中央集權(quán)”，昆蟲的“地方分權(quán)”很嚴重，生物學(xué)上稱之分布式神經(jīng)系統(tǒng)。

胸部作為昆蟲運動的核心，胸神經(jīng)節(jié)掌握了昆蟲的大部分運動控制權(quán)能，負責接受腦的信號并產(chǎn)生具體的運動信息，如前進后退，上升下降，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)等，有很高的自主性。當腦被摧毀或者連接腦和胸神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)索被摧毀，而胸神經(jīng)節(jié)大部分完整時，就有可能無序地激活各種運動模式，引起昆蟲劇烈的抽搐和旋轉(zhuǎn)，而不會像脊椎動物那樣，集成了感覺運動等功能的中樞“腦”被摧毀之后只能小幅抽搐。

此外，蚊子和蒼蠅同屬雙翅目，不同于一般昆蟲（如蜻蜓）的雙翅六足，雙翅目昆蟲的只有一對用于飛行的翅膀，另一對翅膀演化成了平衡棒，在雙翅目昆蟲的飛行中起到陀螺儀的作用，負責感受身體的旋轉(zhuǎn)和偏航，從而調(diào)節(jié)飛行姿態(tài)。一旦平衡棒被摧毀，蚊蠅就會暈頭轉(zhuǎn)向，從而開始瘋狂旋轉(zhuǎn)。

更進一步地，作為學(xué)物理的，這個現(xiàn)象其實相當神秘：具有鏡像對稱的蒼蠅和蚊子，經(jīng)過電擊之后，開始旋轉(zhuǎn)而不再鏡像對稱！假如這完全由于電擊本身不是鏡像對稱引起的，那么如果我們測量很多蚊子和電蚊拍的碰撞，蚊子的旋轉(zhuǎn)方向中，左旋和右旋的幾率應(yīng)該是一致的。如果它們不一致——這就意味著蒼蠅和蚊子的對稱性破缺了！

這讓人聯(lián)想到楊振寧與李政道先生所預(yù)言并在微觀世界中被證實的宇稱不守恒現(xiàn)象，即在弱相互作用中，自然規(guī)律本身并不遵守左右鏡像對稱（例如，在吳健雄的著名實驗中，鈷-60衰變放出的電子更傾向于朝與原子核自旋方向相反的方向發(fā)射）。雖然蚊子的旋轉(zhuǎn)是宏觀生物電損傷現(xiàn)象，與粒子的弱衰變本質(zhì)不同，但兩者在“對稱性破缺”這一核心物理思想上形成了有趣的呼應(yīng)。

參考資料：

1. 劉凌云, 鄭光美. 普通動物學(xué)[M]. 4版. 北京: 高等教育出版社, 2009.

by 歐拉格朗日

Q.E.D.
Q3 如何快速去掉水杯里的茶葉浮沫？

by 匿名

答：

茶葉浮沫本質(zhì)上是一層由液體薄膜包裹的細小氣泡，熱水沖泡時的劇烈沖擊將空氣卷入水中，形成氣泡，而茶葉中天然富含的茶皂素則充當了良好的表面活性劑，在這里，它顯著降低了水的表面張力，而后果則是使氣泡薄膜更堅韌而不易破裂，同時，茶葉上細小的茶毫等固體顆粒會吸附在氣泡表面，阻止小氣泡合并，從而極大延長了泡沫的壽命。

因此，想去除浮沫的關(guān)鍵在于破壞這個穩(wěn)定體系。最直接的方法就是直接撇去，可以在泡茶的過程中使用茶濾，或用勺子等將其撇去。也可以在沖泡時就沿某一定點進行緩慢注水，減少空氣攜帶，從而減少泡沫的生成。

by 滪旸

Q.E.D.
Q4 端一碗水走路，水為何容易前后灑出？如何避免？

by opghn

答：

首先，為何水會灑出？這是由于水具有慣性，當人和碗的運動狀態(tài)發(fā)生改變時（加速或減速運動），水具有保持原來運動狀態(tài)，即慣性，會有對于碗的一個相對速度，這時水便會灑出。為什么是前后灑出而不是左右灑出？這是因為在端水時人總是有向前或向后的加速度，導(dǎo)致水總是由于慣性相對碗向前或向后運動。

那么如何避免灑出水？首先是走路時盡量勻速，避免急停和急走，其次可以減少碗中水的量，這樣水在小幅度晃動是不會灑出。

by clouds

Q.E.D.
Q5 為什么氣泡飲料打開后檸檬片會自己浮起來？

by Madeline

答：

這是浮力 + 氣泡附著共同作用的結(jié)果。更準確地說，是二氧化碳氣泡給檸檬片穿上了一層“隱形救生衣”。

在飲料尚未打開時，瓶內(nèi)壓力較高，大量二氧化碳溶解在液體中。此時檸檬片的密度與液體接近，往往會沉在底部或懸浮在中間。當你打開瓶蓋，壓力驟降，溶解在液體里的二氧化碳立刻變得“待不住了”，開始從液體中逸出。但氣體并不會憑空冒出來，它需要“出生點”。相比光滑的杯壁，檸檬片表面布滿纖維、孔隙和微小凹凸，是絕佳的成核位點。于是，二氧化碳優(yōu)先在檸檬片表面形成大量細小氣泡，并牢牢附著在那里。

這時，物理情況發(fā)生了關(guān)鍵變化：雖然氣泡本身幾乎沒有重量，但它們占據(jù)了不小的體積，使“檸檬片 + 氣泡”的整體排開了更多液體（即平均密度變小）。根據(jù)浮力原理，排開液體越多，受到的浮力就越大。當浮力超過重力，檸檬片就會被氣泡“托”著慢慢上浮。如果你用筷子把氣泡撥掉，檸檬片往往又會沉下去；等新的氣泡重新附著，它又會再次浮起。這正是浮力與氣泡生成動態(tài)平衡的結(jié)果。

所以，檸檬片只是借助了二氧化碳這個“外掛”，完成了一次看似神奇、實則非常經(jīng)典的物理表演。

參考資料：

1. Lubetkin, S. D. Why Is It Much Easier to Nucleate Gas Bubbles than Theory Predicts? Langmuir, 2003, 19: 2575–2587.

by 檸七

Q.E.D.
Q6 為什么纖維在紫外線的照射下會出現(xiàn)熒光？

by 匿名

答：

這是因為纖維中含有能夠被紫外光激發(fā)的分子結(jié)構(gòu)。許多天然或合成纖維內(nèi)部存在芳香環(huán)等分子結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)中的電子軌道在吸收光（主要是紫外光）后，能夠從低能級的基態(tài)躍遷到高能級的激發(fā)態(tài)。之后電子在掉回到較低能級的過程中，會以可見光的形式釋放多余能量，于是人眼就看到了熒光。由于電子在發(fā)光前會先損失一部分能量，發(fā)射光的能量低于吸收光。這也是為什么吸收的光波長和發(fā)射的光波長不一樣。

纖維比許多其他材料更容易發(fā)熒光，是因為它們的分子結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生這種過程。很多材料要么缺乏合適的能級結(jié)構(gòu)，難以被光有效激發(fā)；要么激發(fā)后的能量主要通過熱振動等非輻射方式耗散，而不是發(fā)光。此外，部分纖維中還含有熒光增白劑，本身就是高效的熒光物質(zhì)，使紫外照射下的發(fā)光現(xiàn)象更加明顯。

by 靈境

Q.E.D.
Q7 光纖的成分和玻璃類似，為什么不像玻璃一樣易碎反而能彎折？

by 亦戀海藍

答：

我們平時覺得玻璃很脆，其實是被“冤枉”了。從原子層面看，構(gòu)成玻璃的二氧化硅鍵合非常牢固，理論強度甚至高于鋼。問題不在材料本身，而在于——裂紋。普通玻璃表面布滿肉眼看不見的微裂紋，當受力時，應(yīng)力會在這些裂紋尖端被急劇放大，導(dǎo)致瞬間斷裂。這正是格里菲斯斷裂理論揭示的核心機制。

光纖之所以不同，首要在于它的制造方式。光纖是在極高溫下由高純度預(yù)制棒拉制而成，相當于“重新生成”了一根幾乎沒有表面缺陷的玻璃絲，而不是在原有玻璃上加工。裂紋被源頭性地消除了，材料也就能展現(xiàn)出本該擁有的高強度。

其次是尺寸效應(yīng)。光纖的直徑接近頭發(fā)絲粗細。材料彎曲時，外側(cè)承受拉伸，應(yīng)變大小與直徑成正比——越細，越不容易被拉斷。所以即使光纖被彎成小弧度，表面承受的拉力仍遠低于斷裂閾值。

最后還有一層“保險”。光纖在拉制完成的瞬間就會被涂上一層柔韌的高分子涂層。這層“軟甲”不僅能緩沖機械沖擊，更重要的是隔絕水分與灰塵，防止新的微裂紋產(chǎn)生，從而長期保持高強度狀態(tài)。

因此，光纖是通過極致的細、極凈的表面與精密的結(jié)構(gòu)保護，避開了玻璃最致命的弱點。它展現(xiàn)的，正是材料在理想條件下應(yīng)有的力量。

參考資料：

1. Kurkijian, C. R., Krause, J. T., & Matthewson, M. J. Strength and fatigue of silica optical fibers. Journal of Lightwave Technology, 1989, 7(9): 1360–1370.

by 檸七

Q.E.D.
Q8 為什么不能將葉綠體這類進行光合作用的細胞器移植到人體內(nèi)？

by 匿名

答：

因為光合作用并不是依靠葉綠體一個“零件”就能運行的“小程序”，而是需要一整套相配的基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境支撐運作的“生存模式”。

首先是環(huán)境的不兼容，需要強光照、充足二氧化碳與持續(xù)的水分與礦物質(zhì)供應(yīng)的葉綠體無法在黑暗、細胞液離子環(huán)境迥異的人體內(nèi)部高效工作；其次，葉綠體依賴植物細胞核基因編碼的蛋白質(zhì)進行維護和修復(fù)，并通過專門的轉(zhuǎn)運機制在胞內(nèi)和植物體內(nèi)進行光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運，人體細胞缺乏這整套基因指令、接口與運輸通道；此外，光合副產(chǎn)物——高破壞性的活性氧不會損害具有強大抗氧化系統(tǒng)的植物細胞，但對執(zhí)行動物代謝模式的人體細胞卻破壞力巨大。

自然界中的確存在著能夠利用光合作用獲益的動物，一類是與可以進行光合作用的藻類共生的部分水母、海綿；另一類著名的“光合動物”，如綠葉海蛞蝓（及一些其他軟體動物）可以在攝食藻類后將其葉綠體整合進自身細胞，從而可以長達數(shù)月在食物匱乏時依靠光合作用生活。然而其機理直到2025年6月才被發(fā)表在《Cell》上的一篇文章初步闡發(fā)：海蛞蝓攝入的葉綠體并不是在細胞內(nèi)自由漂浮，而是被一層薄膜包裹，形成一種新型的細胞器（研究人員將其命名為“盜食體”），這種細胞器依靠一種離子通道為其中的葉綠體營造適宜于葉綠體的腔內(nèi)環(huán)境，該團隊還進一步發(fā)現(xiàn)，這種細胞器保留和消化的機制在其他數(shù)種“光合動物”有趨同進化的現(xiàn)象。

如你所見，它們的神奇案例都來源于在漫長演化中形成，高度精密的整合，這也表明僅僅通過葉綠體移植，是無法使人這樣構(gòu)造高度復(fù)雜的動物在體內(nèi)進行光合作用的。

美麗的黑島天兔海蛞蝓，別名葉羊 | 圖源網(wǎng)絡(luò)

參考資料：

1. Corey A.H. Allard, et al.,A host organelle integrates stolen chloroplasts for animal photosynthesis, Cell, 2025,19(188).

by 滪旸

Q.E.D.
Q9 體感溫度與真實溫度不總是相同，兩者測的原理有什么不同呢？

by 冠臣

答：

真實溫度指的是空氣本身的熱力學(xué)溫度，通常由溫度計測量，反映的是空氣分子平均動能的大??；而體感溫度并不是一個單獨的物理量，而是用來描述人體“感覺冷或熱”的程度，其本質(zhì)是人體表面熱量流失（或獲得）的速度。

人體會持續(xù)向外散熱，當環(huán)境溫度一定時，若風速增大，會加快空氣流動，使人體散熱更快，體感溫度就會降低，這就是為什么風大會覺得冷。濕度同樣重要：在高濕環(huán)境下，汗液蒸發(fā)受阻，散熱效率下降，人會感覺更熱（桑拿房就應(yīng)用了這個原理）；而在干燥環(huán)境中，蒸發(fā)散熱更強，體感溫度偏低。由于真實溫度和我們實際的感覺不同，人們用體感溫度來衡量人體覺得冷/熱的程度。這極大便利了我們的日常生活，提示我們穿什么衣服更舒適。

因此，體感溫度不僅與空氣溫度差有關(guān)，還取決于風速、濕度以及人體自身的散熱方式。

by 靈境

Q.E.D.
投票 本期答題團隊

clouds、滪旸、靈境、歐拉格朗日、檸七

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