对于自转的地球

南北极点极其特殊

如果站在上面

会不会有神奇的事情发生呢

问答导航 Q1 为什么白酒啤酒一起喝更容易喝醉？ Q2 为什么旗帜被风吹的时候会一摆一摆的？如果风向和风力恒定不变还会这样吗？ Q3 为什么戴着蓝牙耳机靠近电磁炉时，耳机会有奇怪的滋滋声？ Q4 让晕车人感觉到难闻的车子味儿来源于哪里？ Q5 什么是光锥？光锥有什么用？ Q6 为什么内脏处的神经平常不会让我们感到内脏的“触觉”？ Q7 水在低于4℃时为什么会反常膨胀？它的原理是什么？ Q8 将一根软管插在液体中，用嘴一吸然后放开软管，液体就从软管中不断流出。请问这是什么原理？ Q9 为什么水是无色的，但我们在下雨天可以看到雨水下落的线条？ Q10 为什么小朋友喜欢吃糖？吃糖会让人快乐么？ Q11 当一个人站在南极或北极的极点上，会不会被地球自转转晕？

Q1为什么白酒啤酒一起喝更容易喝醉？

by 饱受折磨的屑

答： 每种酒的酿造工艺和原料都是不同的，这就造成每种酒所含成分不一样，不同成分的酒混在一起会使酒精效果更快、更强。 比如白酒和啤酒，白酒是蒸馏酒，大家常喝的白酒就是粮食蒸馏酒，生产葡萄酒的商家也会制作葡萄蒸馏酒。啤酒则是发酵酒，相较而言显然是白酒的酒精含量更高，啤酒杂质多。 葡萄蒸馏酒 白酒的乙醇含量基本都是在40度以上，高度白酒更是可以达到52-53度。而啤酒中不只含有乙醇，还有二氧化碳、肽、氨基酸、无机盐等，这些都可以促进乙醇吸收。 组胺可以扩张胃壁及小肠壁的毛细血管，从而加速酒精吸收，使血液中乙醇浓度迅速增加。绿原酸可以兴奋神经，促进胃液及胆汁分泌，加强胃肠蠕动。二氧化碳可以刺激胃壁，加速胃排空的速度，让酒精进入小肠加快吸收。因此两者混合就更容易喝醉啦～ 参考文献： b y 蓝多多 Q.E.D.

Q2为什么旗帜被风吹的时候会一摆一摆的？如果风向和风力恒定不变还会这样吗？

by 佚名

答： 旗帜被风吹动时一摆一摆的现象主要是由于气流的流动和压力的分布导致的。当风吹过旗帜时，会在旗帜的前面形成高压区，而在旗帜后面形成低压区。这个压差会导致旗帜向低压区移动，即飘扬。 旗帜的摆动与流体力学中的伯努利效应有关。迎风面空气流动速度加快，旗面所受压力增大；背风面空气流动速度减缓，旗面所受压力减小，从而导致旗两面形成压差。在压力作用下，旗面向背风面移动，并在惯性作用下，偏移过风向平行面，然后再反向作用，看起来就是来回摇摆。 如果风向和风力绝对恒定不变，旗帜也不一定能够不摆动，这取决于空气流过旗杆（圆柱体）后是否产生湍流。 为了便于理论分析和公式的推导，物理学家们在流体力学中引进了“理想流体”的概念。1755年，数学家欧拉将微分方程应用到了流体力学的领域，并提出了影响后世的欧拉方程，即牛顿第二定律施加到理想流体上的微分方程。欧拉提出欧拉方程后不久，人们就认识到方程中缺乏粘性项，这会导致欧拉方程的计算结果和实际产生偏差，比如大家熟知的达朗贝尔佯谬。下图显示了理想流体和实际流体下圆柱绕流的对比，可以看出，无粘流动的结果和实际存在很大的差异。 黏性流体通过圆柱体后的湍流 1845年，结合纳维对黏度的思考和柯西的张量思维，斯托克斯爵士便大展神威，推出了引无数流体人尽折腰的“N-S方程”，该方程定义为“描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程”。迄今为止，该方程仍然是流体力学领域里最通用的流体运动方程。计算一下N-S方程可以告诉你你所设定的风能否使得旗帜不摆动。 对于定性分析，我们可以看一下雷诺数（ ）的计算公式： ，其中 是流体的密度， 是流体的速度， 是特征长度， 是流体的黏性系数。由于空气的黏性比液体要小得多，因此其雷诺数更容易更大。当雷诺数较低时（通常 ），流体流动呈现层流状态，各流层之间互不混合。当雷诺数较高时（通常 ），流体流动转变为湍流状态，流层之间发生强烈的混合和涡旋。因此空气相对液体更容易受到微扰，形成湍流后，流体流过旗杆的时候，一部分流体与物体表面分离，使得旗杆后面的空气流速形成周期性变化，引发旗帜不停左右摆动。 湍流尾迹周期 参考文献： by opzk Q.E.D.

Q3为什么戴着蓝牙耳机靠近电磁炉时，耳机会有奇怪的滋滋声？

by 非常想知道答案的小张

答： 因为电磁炉工作时产生一定的磁场强度，所以当蓝牙耳机靠近电磁炉时，会对蓝牙耳机的信号传输造成干扰。 电磁炉是利用高频交流电流通过线圈产生磁场，当耳机靠近电磁炉时，耳机内部的电子元件受到电磁波的影响会导致信号传输受到干扰，通常表现为音频信号失真或者噪音。 b y 蓝多多 Q.E.D.

Q4让晕车人感觉到难闻的车子味儿来源于哪里？

by 佚名

答： 作为一个晕车的人对这个问题非常感同身受，坐上车后经常会闻到一股属于车内封闭空间的独特味道。在不同的车上可以感受到不同的车内装饰的气味：车内座椅等装置的皮革味道或漆味、隐隐渗出的汽油味儿、车载香水味以及装新的甲醛味儿等，这些混杂在一起的气味往往会让本来就晕的晕车星人更受刺激。 为什么会晕车呢？首先我们要明白，当我们在车内时，我们大脑判断我们身体平衡所选择的参考物是车子，因为我们的视觉画面往往是车子的静态图像。除了视觉系统，我们判断平衡也靠体内的前庭系统，其中最重要的部分是前庭器，前庭器中感受旋转运动的是三对半规管，感受水平运动的是椭圆囊，感受垂直运动的是球囊。 当我们坐车时，由于车辆行驶时的不稳定性，往往会时快时慢、时停时走或者上下颠簸，因此前庭器感受到的信息非常混乱多变，如果再加上视觉系统也不能提供足够的信息支持，大脑很难处理如此混乱的信息，那么我们的大脑就开始躺平摆烂，放弃信息处理，直接产生晕眩的感觉好了。 于是晕车的感受来了，头晕、胸闷、恶心呕吐等症状产生了，此时如果再加上本身就有刺激恶心呕吐作用的不良味道，双重效果叠加，会愈发加重晕车的感受。 参考文献： by 小线 Q.E.D.

Q5什么是光锥？光锥有什么用？

by ∞

答： 在描述物体的时空结构时，我们通常会引入4-矢量来描述物体的时空坐标，即，其中c为光速，这样一来在进行洛伦兹变换时形式会大大简化。为了更好地理解光锥，我们先从做一维运动的粒子出发，画出其位置随时间的变化，水平轴表示位置 ，竖直轴表示时间 。在时空图中，静止的粒子由一条竖直线表示，以光速运动的粒子则由一条45°的斜线表示，这类图被称为闵可夫斯基图，图中一个粒子的运动轨迹称为一个世界线。 狭义相对论告诉我们，任何满足因果律的物体运动速度都不可能超过光速，因此任何世界线的斜率都不会小于1，这样一来物体的运动被限制在图中的阴影楔形区内，这块区域被人们称为光锥。然而，我们真实的运动空间是三维的，从一个事件出发形成的光锥就会变成四维的超圆锥，它的边界是光线的轨迹，沿着时间轴分别被分为向前光锥和向后光锥。你的未来在向前光锥中，而过去在向后光锥中。在时空图上，连接两个事件的线的斜率会告诉我们它是类时的（斜率大于1）、类空的（斜率小于1），还是类光的（斜率等于1）。可见在光锥之内的点都是类时的，而之外的点都是类空的。类空的点不满足因果律，自然也没有物理存在。光锥这个概念在定义因果关系中起到至关重要的作用，为人们理解宇宙的起源和发展、理解黑洞的形成和性质等方面提供巨大的帮助。 参考文献： Griffiths D J. Introduction to electrodynamics[M]. Cambridge University Press, 2023. by Sid Q.E.D.

Q6为什么内脏处的神经平常不会让我们感到内脏的“触觉”？

by 厘百

答： 内脏处的神经平常不会让我们感到内脏的“触觉”，主要是因为①内脏感觉传入途径比较分散，即一个脏器的感觉纤维经过多个节段的脊神经进入中枢，而一条脊神经又包含来自几个脏器的感觉纤维，因此内脏感不如躯体感觉确切，内脏感觉往往是弥散的，定位不够准确，如消化道痉挛性收缩引起的疼痛，但饥饿、口渴等特征性感觉除外。②内脏感觉纤维数目较少，其中以细纤维占多数，痛國较高，对于一般强度的刺激不产生意识感觉。 交感神经纤维行走模式图（图源网络） 对于内脏的感觉有两种通路，一种是嗅觉和味觉的感觉通路（特殊内脏感觉传导路径），另一种是除嗅觉和味觉外的所有心脏、血管、腺体和内脏感觉的传导路径（一般内脏感觉传导路径）。特殊内脏感觉传导路径对特定的化学刺激（如气味分子）和物理刺激（如食物的味道）非常敏感。一般内脏感觉传导路径对炎症、牵拉、膨胀、缺血等刺激较为敏感，但对切割等物理刺激不敏感。整体而言，一般内脏感觉传导路径的敏感性相对较低，内脏感觉神经纤维数量较少，细纤维占多数，痛阈较高。 综上所述，内脏处的神经平常不会让我们感到内脏的“触觉”，主要是因为内脏感觉神经的传导机制与躯体感觉神经有所不同，内脏感觉纤维数目少，以及内脏感觉的弥散性和高痛阈特性。 参考文献： Engelen, T., Solcà, M. & Tallon-Baudry, C. Interoceptive rhythms in the brain. Nat Neurosci 26, 1670–1684 (2023). by opzk Q.E.D.

Q7水在低于4℃时为什么会反常膨胀？它的原理是什么？

by 佚名

答： 水在0-4℃之间是热缩冷胀，在4-100℃之间则是热胀冷缩。 这种现象可以用氢键、水分子结合来解释，水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，氢原子和相邻水分子的氧原子靠近时又会形成氢键。氢键具有方向性，这样水分子在排列时会有一定的距离和相对方位。当水结冰后，水分子之间用氢键连接形成冰晶格，导致冰体积变大，密度变小。而当温度开始上升的时候，氢键断裂体积变小，可是热运动也随之加剧（这会使体积变大），两种影响相互竞争，在4℃时达到平衡。也就是在4℃以下，氢键影响占主导地位（热缩冷胀），而在4℃以上是热运动占主导地位（热胀冷缩）。 这个可以解释在冬季为什么湖底温度比湖面高，冬季气温下降，若水温在4℃以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层来。冷水跟暖水不断地交换位置，整体水温逐渐降低。这种热的对流现象持续到水温度都达到4℃时停止。水温再持续降低时，上层水反膨胀密度变小，冷水就留在了水面直至0℃时结冰。当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的导热方式来进行热传递。而水的导热性能很差，所以湖底温度基本稳定在4℃左右。 by 蓝多多 Q.E.D.

Q8将一根软管插在液体中，用嘴一吸然后放开软管，液体就从软管中不断流出。请问这是什么原理？谢谢！

by 蓝玉

答： 这种现象是利用了虹吸原理。虹吸是一种流体力学现象，它利用液体分子间的内聚力和液体与容器之间的压力差来实现液体的上升和流动。 图源：参考资料[2] 将软管一端插入液体容器中，然后用嘴吸取软管内的空气。这样会在软管内形成负压，使得软管内的液体压力低于外部液体的压力。当你放开软管时，外部液体就会在压力差的驱动下自动流入软管内部。如果液体越过软管的最高点，液体将不断地从容器中流出。 需要注意的是，虹吸现象的发生有三个关键条件：1) 软管内部必须先被液体填满; 2) 软管的最高点不能高于大气压支持的液柱高度; 3) 出液端必须低于液体容器的液面。只有满足这三个条件，虹吸现象才能持续发生[1]。 这种利用虹吸原理的简单方法在生活中很有用，比如从油桶中取油、给鱼缸换水等。如果操作得当，它能够避免将不卫生的液体吸入嘴中。除此之外，还有更加优雅（不用嘴吸）的虹吸管喔。详情请移步： 参考资料： by 鱼非我 Q.E.D.

Q9为什么水是无色的，但我们在下雨天可以看到雨水下落的线条？

by 苹苹是十中的

答： 两个问题，为啥水是透明的以及为啥可以看见雨水形成的线。 人眼可以看到物体，是因为有光进入到人眼的晶状体并成像到视网膜上。水本身不会发光，它能够反射光也会透光，水的透光率非常强，只有少部分可以反射和散射，进入人眼的就会更少，而人的视锥细胞要感知到物体需要足够多的光子，当光子的数量很少时，看上去就会像是透明的一样。 事实上，如果水是完全静止的，并且人的整个视野都聚焦在水上，那么看起来就是什么都没有，也就是看不到。如下图 人之所以能看到水，是因为水和其他物体接触形成界面，光线在穿过的过程中发生了折射和反射，从而改变了传播方向，使我们能够看到水的存在。 在静止的水中能够看到水，是因为看到了水中有气泡，这是气体和水的界面。同理，空气恰恰也是我们看不到的，但只要在水中出现了气泡，我们也就“看到”空气，这也是因为看到的是空气和水的接触面，而不是真的看到了空气。 人可以看见雨水落下的线，这是人眼的视觉暂留现象。人眼在观察景物时，光信号传入人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不会立即消失，这种残留的视觉称为“后像”。那么在物体快速移动时，即使人眼看到的影像消失了，人眼还能继续保留影像0.1-0.4秒左右的图像。因此人眼在观察雨滴时还留有上一个物体的像，看起来雨滴就像是连续的线一样。 b y 蓝多多 Q.E.D.

Q10为什么小朋友喜欢吃糖？吃糖会让人快乐么？

by 宋

答： 想必大多数人都有这样的感受，当你正在为工作烦恼时，喝上一口甜甜的奶茶，或者吃一口小蛋糕，过不了多久就会感觉心情变好，整个人又充满活力。这是由于，吃甜食的确会让人心情变好，但其背后的原因十分复杂，下面我们就几个主要的因素谈谈吃甜食为什么会让人感觉快乐。 从生理因素来看，当人们吃糖时，血糖水平上升，大脑会产生大量的多巴胺、血清素等神经递质。这些神经递质与情绪调节有关，能够减轻焦虑、压力、抑郁等负面情绪，使人感觉快乐和满足。同时血糖迅速上升，胰岛素将其转化为身体的能量也会增多，加上血糖的波动变化会刺激大脑中的奖励机制，从而使人产生了快乐的感觉。再者也有研究发现，人体血液中的葡萄糖含量上升，能够为脑部补充更多的能量，进而减少冲动行为，帮助人们更好的控制情绪。从心理因素来看，甜品的口感能使人产生满足感，这种满足感能够缓解人烦躁的情绪；况且很多甜品都被制作得十分精致，看着赏心悦目，使人心情愉快。 然而需要注意的是，吃糖带来的快乐只是暂时的，随后就是血糖的迅速下降，吃糖的快感也快速消失，甚至有些人在不知不觉中已经对糖上瘾，为了满足不断提升的欲望，只能吃掉越来越多的糖。这种过度食用糖的行为不仅会让人变胖，还会诱发心脏病、糖尿病、脂肪肝等疾病。更有研究显示，摄入过多的糖会导致记忆功能和学习能力的下降。总而言之，适量吃糖可以调节情绪，但摄入过多反而不利于健康。 参考文献： by Sid Q.E.D.

Q11当一个人站在南极或北极的极点上，会不会被地球自转转晕？

by 一江秋

答： 为了回答这个问题，我们首先需要了解人类大脑如何感知自己是否在原地转圈。 当我们评估自己的运动状态时，大脑可以通过视觉系统获取外界信息，只要有适当的参照物，就能迅速判断出运动状态。 除了视觉系统，大脑还可以通过前庭系统来判断运动状态。(Q4已经有所介绍，没关系，再复习一下)前庭系统位于内耳，负责提供空间定位、方向和线性加速度等信息。 前庭系统示意图（图源网络） 前庭系统由椭圆囊、球囊和三个半规管组成。当我们原地转圈时，半规管内的淋巴液也会旋转，壶腹帽感受器会感知到这种状态并将信息传递给大脑，从而让我们知道自己正在原地转圈。由于三个半规管几乎互相垂直，我们可以感知到空间中任意方向的旋转。有时，即使闭上眼睛，我们也能感知到原地转圈，这是前庭系统的作用，但这需要较高的转圈速率。地球自转每秒转动约0.0042度，速率太低，前庭系统无法察觉。 因此，如果一个人站在北极点，他只能通过视觉系统来判断自己是否在原地转圈，这就需要有合适的参照物。由于地球自转，地球上所有景物都在同步旋转，所以这个人需要在地球之外寻找参照物，理想的参照物是夜空中闪亮的星星。如果他能观察到星星的整体运动状态，就能感知到自己在原地转圈。然而，地球自转速率太低，人类视觉系统无法察觉星空变化。 综上所述，站在北极点上的人仅凭自身感知系统是无法察觉到自己在原地转圈的。 参考文献： by opzk Q.E.D.

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本期答题团队

蓝多多、opzk、小线、Sid、鱼非我

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编辑：小范

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