問答導(dǎo)航
Q1 為何有些顏色讓人看著難受？
Q2 同力捶桌子為何比捶棉花疼？
Q3 為什么電話線是螺旋狀？
Q4 公交地鐵停穩(wěn)時(shí)為何會(huì)猛晃？
Q5 充電快慢取決于線還是頭？
Q6 影子靠近為何形成“影子橋”？
Q7 空氣濕度是如何計(jì)算出來的？
Q8 白光下手機(jī)屏幕為何現(xiàn)彩色？

by 歸零

答：

先說結(jié)論：其中的關(guān)鍵在于它們有沒有把你的視覺系統(tǒng)逼到高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)——一旦處理成本太高，眼睛和大腦就會(huì)本能地“抗議”。

可以把人眼想成一臺(tái)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的相機(jī)。視網(wǎng)膜里的三類視錐細(xì)胞分別負(fù)責(zé)不同波段的光，當(dāng)你看的是低飽和、過渡平緩的顏色時(shí)，這套系統(tǒng)基本在“巡航模式”，信號(hào)傳遞順暢，大腦處理起來也很輕松。但如果是高飽和、強(qiáng)對(duì)比的組合（比如純紅配純藍(lán)），等于同時(shí)把幾路信號(hào)推到極端，大腦要花更多力氣去“調(diào)和沖突”，刺眼、發(fā)緊的感覺就出來了。

亮度差也是一把“隱形油門”。特別亮和特別暗的顏色放在一起，會(huì)讓瞳孔和視覺神經(jīng)頻繁調(diào)整，有點(diǎn)像你在強(qiáng)光和暗處之間來回切換，時(shí)間一長(zhǎng)自然容易疲勞。再加上那些密集、細(xì)碎、對(duì)比強(qiáng)烈的圖案，會(huì)不斷刺激視覺系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)機(jī)制，讓人很難真正放松。

至于為什么很多人偏愛藍(lán)天、綠色這類柔和色調(diào)，也可以從經(jīng)驗(yàn)上理解：我們長(zhǎng)期生活在這樣的環(huán)境里，大腦更習(xí)慣處理這類“溫和信號(hào)”，負(fù)擔(dān)更小。

說到底，眼睛并不是真的在“挑顏色”，它只是更偏向那些處理起來不費(fèi)勁的光。

參考文獻(xiàn)：

1. 彭聃齡. 普通心理學(xué)(第5版)[M]. 北京: 北京師范大學(xué)出版社, 2019.

2. Wandell B A. Foundations of Vision[M]. Sunderland: Sinauer Associates, 1995.

by 檸七

Q.E.D.
Q2 相互作用力一樣大，那為什么用同樣的力捶桌子比捶棉花感覺疼？

by 炮

一般我們說用同樣的力捶 其實(shí)是控制手揮出去的速度一致。從動(dòng)量角度來看，兩種情形下手的速度都是從某一個(gè)值降到0，動(dòng)量變化相同。

但由于棉花比較軟，手捶下去時(shí)棉花被壓縮，延長(zhǎng)了減速時(shí)間。根據(jù)動(dòng)量定理

相同動(dòng)量變化下，作用時(shí)間越長(zhǎng)，平均作用力越小。因此，棉花的緩沖作用讓平均作用力比捶桌子要小。

那在整個(gè)過程中牛頓第三定律依舊滿足。牛頓第三定律說的是同一瞬間、同一對(duì)物體之間的瞬時(shí)作用力總是大小相等、方向相反。而動(dòng)量定理給出的，是整個(gè)撞擊過程中的平均作用。此外，捶棉花時(shí)，棉花會(huì)發(fā)生明顯變形并包裹拳頭，實(shí)際接觸面積會(huì)增大，從而減小了壓強(qiáng)。因此，捶桌子時(shí)平均力更大、壓強(qiáng)更高，而捶棉花時(shí)力更平緩、壓強(qiáng)更小，所以捶桌子比捶棉花感覺更疼。

by Sid

Q3 為什么電話線是螺旋狀？

by 匿名

答：

以前的電話線其實(shí)也是直的，但后來經(jīng)過人性化的改良之后，才把直的電話線改成了螺旋狀的線圈。因?yàn)?strong>使用時(shí)需要經(jīng)常拿起來，而且偶爾會(huì)需要四處走動(dòng)，就需要電話線能夠長(zhǎng)一點(diǎn)，但如果是很長(zhǎng)的直線，把聽筒放回機(jī)座的時(shí)候，這種長(zhǎng)線就會(huì)非常的凌亂而且時(shí)間長(zhǎng)了可能會(huì)打結(jié)(參考耳機(jī)線)，且很占地方，線掛地上臟，放桌子上又亂。因此發(fā)明者就把連接線做成螺旋狀，這樣使用時(shí)能自然拉伸，回收的時(shí)候又會(huì)因?yàn)槔ψ匀皇湛s。

還有因?yàn)殡娫捑€是經(jīng)常被拉扯的部件(用老式電話機(jī)打電話的時(shí)候，不信你不玩電話線)。螺旋形狀能均勻分散拉伸時(shí)的張力。當(dāng)你用力拉聽筒時(shí)，螺旋線會(huì)伸展，起到緩沖作用，防止內(nèi)部脆弱的銅導(dǎo)線被直接拉斷。由于線纜懸空且能自動(dòng)回縮，避免像普通長(zhǎng)線那樣在桌角被反復(fù)摩擦或在地面上被踩來踩去，減小使用損耗。

by 藍(lán)多多

Q.E.D.
Q4 為什么像公交車，地鐵這類在減速的時(shí)候能夠感受到一點(diǎn)微微的加速度，但是在最后停穩(wěn)的那一瞬間會(huì)突然有一個(gè)很大的先正向再反向的加速度，表現(xiàn)為最后停的時(shí)候所有人都會(huì)很猛的晃一下

by ChimeSky

答：

慣性，是描述物體在沒有外力作用時(shí)會(huì)保持其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)性質(zhì)。

我們?yōu)榱吮阌诶斫?，可以把車?dāng)成一個(gè)彈簧車，這是為了放大變化，僅作為解釋說明。首先是減速，當(dāng)車輛在減速時(shí)，因?yàn)閼T性車的重心會(huì)保持原本的狀態(tài)向前移動(dòng)，所以公交車或者地鐵車身前部的懸掛彈簧先會(huì)劇烈壓縮，然后再回彈，這時(shí)候整個(gè)車身就會(huì)表現(xiàn)出點(diǎn)頭的狀態(tài)。

汽車原本行駛過程時(shí)突然減速，彈簧被壓縮

減速的部分我們說完了，接下來說一下停車的部分，停車的晃動(dòng)稍微復(fù)雜點(diǎn)。

在車輛即將完全停穩(wěn)的瞬間，原先一直處于壓縮狀態(tài)的彈簧會(huì)一下子釋放，車就會(huì)猛地一晃，這個(gè)反彈力傳遞給乘客的時(shí)候就會(huì)感覺身體被推了一下。

車和人一起在勻速行駛的過程中，本來是保持相對(duì)靜止的，結(jié)果車猛地一減速，人身體因?yàn)閼T性還是保持向前的趨勢(shì)，但是腳底板被摩擦力固定，就形成了一個(gè)力矩，以腳為支點(diǎn)的力矩，所以你就會(huì)往前傾。為了不上自己摔倒，你就會(huì)向后發(fā)力保持平衡。當(dāng)車輛完全停穩(wěn)的瞬間，向前的慣性力突然消失了。但你的肌肉還來不及放松，仍然保持著向后用力的狀態(tài)。這股“多余”的力量就會(huì)讓你的身體猛地向后仰一下。

并且這種現(xiàn)象在站著的乘客身上比坐著的乘客更明顯，站立的乘客重心更高，平衡更難維持，因此對(duì)車輛的加減速和晃動(dòng)會(huì)更加敏感。

by 藍(lán)多多

Q.E.D.
Q5 充電的快慢是取決于充電線、還是充電頭？

by 茉立

答：

先說結(jié)論：充電快不快，不是頭或線單獨(dú)說了算，而是由“充電頭、充電線、手機(jī)”共同決定。這其中存在著木桶效應(yīng)，充電速度被這三者中最弱一環(huán)卡著上限。

充電頭是“水泵”，決定供電天花板。它負(fù)責(zé)將 220V 交流電轉(zhuǎn)為手機(jī)能用的直流電。支持快充的頭能動(dòng)態(tài)調(diào)配電壓和電流，把水壓拉滿。但水必須通過“水管”（充電線）輸送。普通線內(nèi)部銅芯細(xì)、電阻大，強(qiáng)過大電流不僅發(fā)熱還容易燒毀。因此，很多高功率快充線頭里會(huì)特意藏一顆E-Marker 芯片。它相當(dāng)于通行證，沒它確認(rèn)安全，系統(tǒng)絕不敢火力全開。

這里最核心的其實(shí)是手機(jī)，它才是掌控全局的“大老板”。插電瞬間，手機(jī)電源管理芯片會(huì)和充電頭瘋狂“對(duì)暗號(hào)”（即驗(yàn)證快充協(xié)議）。只有握手成功且查驗(yàn)線材達(dá)標(biāo)，才會(huì)允許大功率注入。不僅如此，手機(jī)還會(huì)動(dòng)態(tài)“踩油門”：低電量時(shí)全速灌水，快充滿時(shí)果斷切成涓流慢充來保護(hù)電池壽命。

所以，想體驗(yàn)滿血快充，務(wù)必湊齊協(xié)議匹配的“快充頭+特制線+兼容手機(jī)”。下次如果充電速度沒達(dá)到預(yù)期，別急著讓充電頭背鍋，不妨先查查那根平時(shí)最容易被忽視的數(shù)據(jù)線，看看它是不是成了隱藏的“限速器”。

參考文獻(xiàn)：

1. Erickson R W, Maksimovi? D. Fundamentals of Power Electronics (2nd ed.)[M]. New York: Springer, 2007.

by 檸七

Q.E.D.
Q6 為什么兩個(gè)影子相互靠近，在碰上前那一刻會(huì)像水的表面張力一樣吸引在一起形成一個(gè)“影子橋”？

by 皮夾克

答：

雖然“影子橋”看起來特別像水滴相遇時(shí)的表面張力，但它背后并沒有真正的物理吸引力，而是源自光源的幾何學(xué)特征和人類的視覺錯(cuò)覺。

如果照亮物體的光是一個(gè)理想的點(diǎn)光源，那么物體的影子邊緣會(huì)非常銳利，兩個(gè)影子靠近時(shí)也會(huì)像兩個(gè)磚塊一樣，直到真正碰到才會(huì)連在一起。但在日常生活中，無論是太陽、日光燈還是手機(jī)閃光燈，都有一定的體積，屬于擴(kuò)展光源，比如小編的手機(jī)閃光燈就是一個(gè)長(zhǎng)條形的擴(kuò)展光源：

因?yàn)楣庠从忻娣e，光線會(huì)從不同的角度射過來，這就導(dǎo)致影子的結(jié)構(gòu)分成了兩部分：光源被物體完全擋住的地方是本影，最黑。光源只被擋住了一部分的地方是半影，這里的影子是灰色的，邊緣是模糊的。因此我們看到的影子邊緣，其實(shí)不是非黑即白的界線，而是一層逐漸變淡的灰色“半影”。

這是小編手機(jī)閃光燈下兩根手指的影子，由于閃光燈近似是一個(gè)線光源，只有在平行于光源的方向上，半影比較明顯。當(dāng)兩根手指的影子逐漸靠近時(shí)，“本影”還沒接觸，但它們邊緣的“半影”已經(jīng)開始重疊了。當(dāng)兩個(gè)半影重疊，中間縫隙瞬間變暗到和本影接近，和旁邊的亮度形成了巨大反差。此時(shí)，你的大腦和眼睛會(huì)立刻判定：“這里也是影子的一部分！”于是，在你的視覺中，原本各自獨(dú)立的兩個(gè)黑影，像水滴的表面張力一樣把彼此“吸”了過去，形成了“影子橋”的視覺效果。

不過，小編的手機(jī)閃光燈，實(shí)際上是兩個(gè)近似點(diǎn)光源的 LED 燈珠縱向排列而成——因此還原不出很自然的“漸變”效果。大家可以拿起手邊的光源，或是在晴天的太陽底下，親自嘗試一下哪些光源能夠形成“影子橋”呢？

by 冰糕

Q.E.D.
Q7 空氣濕度是怎么算出來的，56%的濕度是說明空氣中 56%是水蒸氣嗎

by W

答：

日常生活中我們說的“濕度 56%”，并不是指空氣中有 56%是水蒸氣。實(shí)際上，無論在什么樣的高溫高濕天氣下，水蒸氣在空氣中的總體積占比都非常小，通常只在 0%到 4%之間，而我們平常說的“濕度”，其實(shí)是“相對(duì)濕度”，它表示的是在當(dāng)前的溫度下，空氣中實(shí)際含有的水蒸氣量，占空氣所能容納的“最大水蒸氣量”的百分比。

相對(duì)濕度的計(jì)算公式是：相對(duì)濕度 = (實(shí)際水汽壓 ÷ 飽和水汽壓) × 100%，其中“飽和水汽壓”是在當(dāng)前溫度下，空氣中水蒸氣能達(dá)到的最大壓力。為什么要強(qiáng)調(diào)“當(dāng)前溫度”呢？這是因?yàn)轱柡退麎簳?huì)隨溫度上升而增加——也就是溫度越高的空氣，能夠“承載”的水蒸氣越多。

生活中，我們?yōu)槭裁匆褂孟鄬?duì)濕度呢？因?yàn)橄鄬?duì)濕度直接關(guān)系到人體的舒適感、物體的干燥/發(fā)霉、天氣是否會(huì)下雨。我們感覺“潮濕”還是“干燥”，主要取決于相對(duì)濕度——相對(duì)濕度低時(shí)，空氣中的水蒸氣遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，汗水很容易蒸發(fā)；而當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到 100%，空氣無法再吸收哪怕多一丁點(diǎn)兒的水蒸氣，多出來的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水（如起霧、結(jié)露水或者下雨）。此時(shí)人們身上的汗水也完全無法蒸發(fā)到空氣中去，因此在相對(duì)濕度 100%的環(huán)境中，即使溫度不是很高，人們也會(huì)感到極其悶熱。當(dāng)然，嚴(yán)格來說相對(duì)濕度的上限并非 100%，在空氣中缺少凝結(jié)核等條件下，也可能出現(xiàn)相對(duì)濕度超過 100%的過飽和狀態(tài)。

by 冰糕

Q.E.D.
Q8 這是在車站候車室拍的照片，為什么手機(jī)屏幕會(huì)出現(xiàn)彩色，候車室的燈光都是白色?

by 乒乓

答：

先說結(jié)論：你的手機(jī)沒壞，只是客串了一把“反射光柵”，把候車室的白光當(dāng)場(chǎng)拆成了彩虹。而且，這絕非雨后那種普通的彩虹。

關(guān)鍵在你的屏幕。顯微鏡下，屏幕面板內(nèi)密密麻麻排列著絕對(duì)規(guī)則的像素點(diǎn)陣與觸控網(wǎng)格。在光的尺度上，這層二維結(jié)構(gòu)就像兩把互相垂直的極密“梳子”。當(dāng)包含各色光波的白光照到“梳子”上時(shí)，會(huì)觸發(fā)物理學(xué)上的“衍射與干涉”。這里必須請(qǐng)出光柵最靈魂的公式：

其中 是光波長(zhǎng)， 是偏折角， 是代表“衍射級(jí)次”的整數(shù)。這個(gè)極簡(jiǎn)的公式揭示了兩個(gè)硬核真相：

第一，波長(zhǎng) 越長(zhǎng)的光，偏折角 就越大。所以紅光被甩得遠(yuǎn)，藍(lán)紫光離得近，白光就這樣被按顏色拉開。第二，最神奇的地方在于，因?yàn)? 是整數(shù)（比如 1,2,3...），這意味著這種色散現(xiàn)象不是只發(fā)生一次，而是會(huì)在空間中按特定的角度周期性地反復(fù)出現(xiàn)！

由于屏幕是一張二維十字網(wǎng)格，這些周期性重復(fù)的彩色光帶便沿著水平和垂直方向同時(shí)向外發(fā)散，最終形成了照片中那種一層接一層、不斷重復(fù)的十字彩虹陣列。

你不僅拍到了光被拆解，更拍到了光波遵循物理規(guī)律在空間中跳躍的瞬間。下次等車無聊時(shí)不妨多轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)手機(jī)，你手里握著的，本就是座能隨時(shí)把玩的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

參考文獻(xiàn)：

1. Hecht E. Optics (5th Edition)[M]. Pearson, 2016.

by 檸七

Q.E.D.