想必不少人都有過騎自行車的經(jīng)歷，輪胎沒氣的自行車騎起來可費力了！

這不，問答專欄的小伙伴和這個問題杠上了，浪費了不少腦細胞，哎！

小編也是醉了，既然騎著很費力，舉著不就好了嗎？

1

Q:為什么剛剛洗完澡身體尚未擦干時穿衣服，衣服會“粘”在身上?

by?春江潮水

干的衣服由于面料本身的可折疊性，與干的皮膚接觸時由于接觸面凹凸不平，其之間一般不會有力的作用（不考慮冬天干燥環(huán)境下的靜電作用。）當皮膚上有水時穿衣服，由于水的浸潤作用，水將附著到衣服的表面和內(nèi)部，將衣服之間的縫隙填滿，水分子和皮膚和衣服之間的距離非常小，由于水的表面張力作用，水會跟其接觸的衣服和皮膚都有吸引力，宏觀上來看就是：衣服“粘”在了身上。

By Nuor

2

Q:燈為什么會亮？

? ? ?by??學(xué)佳

電燈主要有白熾燈、熒光燈和LED。

白熾燈的發(fā)光原理是熱輻射發(fā)光。在白熾燈中，通電的鎢絲，溫度高達2000多攝氏度。其中的電子、原子和分子都在劇烈地運動著，有一部分處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)，電子、原子或分子在高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時，可能以輻射光子的形式把多余的能量釋放出來。

熒光燈又稱日光燈，看上去是一根白色的管子，兩端各有一根燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬氣和稀薄的汞蒸氣，燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉。接通電源后，在啟輝器的配合下，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生超高電壓，使燈管的陰極發(fā)射出電子。這些電子在燈管內(nèi)以極高的速度向另一端運動，途中撞擊到氬分子放出更多的電子，大量的電子碰撞汞蒸氣分子，使其躍至較高的能量狀態(tài)。當這些分子從高能量狀態(tài)返回到正常能量狀態(tài)時會發(fā)出紫外線，照射到熒光粉上使其發(fā)出可見光。

LED是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode） 的縮寫。LED的核心部分是由p型和n型半導(dǎo)體組成的芯片。p型半導(dǎo)體里面空穴占主導(dǎo)地位，n型半導(dǎo)體中主要是電子主導(dǎo)。在p型和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為pn結(jié)。當電路接通時，電子和空穴在電勢的作用下發(fā)生復(fù)合，放出光子從而發(fā)光。LED比傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈更加節(jié)能并且壽命更長，是未來的主流光源。

By??煦天

3

Q:問前輩，怒發(fā)沖冠可能嗎？畢竟頭發(fā)特別是長發(fā)那么軟力該咋分析呢？歷史書里的怒發(fā)沖冠貌似不少。而且為什么非要生氣頭發(fā)才能立起來。用靜電立起的頭發(fā)能支撐起帽子嗎？

by?弦風(fēng)

當人異常憤怒、開心、激動、恐慌的時候，腎上腺激素大量分泌，頭皮的立毛肌會馬上收縮，使得毛發(fā)直立，但是由于頭發(fā)的柔軟性，所以，帽子可能會向上沖，額，大概0.3cm？當然，作為一個合格的物理愛好者，每當你解不出物理題的時候，雙手就會控制不住地去摸范德格拉夫起電機（就是靜電球），假設(shè)你醉心科研多年沒洗頭且頭禿得只有兩根鋼鐵硬的頭發(fā)（當然還是導(dǎo)體），你的帽子是完美的絕緣體不導(dǎo)電且完美在頭發(fā)上保持平衡，重量為100g，你的頭發(fā)長度為10cm，為了方便計算，再次假設(shè)你在真空中，電子為了能夠使帽子“沖”起來，自發(fā)聚集到頭發(fā)的兩側(cè)，而兩根頭發(fā)以頭頂為中心呈對稱分布（忽略頭發(fā)自身的重力），此時，利用庫倫定律：

得出要想使冠“沖”起來，Q大概為：10-5的量級，考慮到電流的換算，除以時間，為不到0.1mA的電流，嗯，屬于安全接觸電流范圍內(nèi)，沒問題。當然，作為一個勤勞干凈愛衛(wèi)生不禿頭不生氣不在真空中工作的科研工作者，除非風(fēng)太大，帽子一般都好好的。

By Nuor

4

Q:為什么手機相機鏡頭那么小，可以拍到那么大的范圍？

by?學(xué)佳

在光學(xué)儀器中，以鏡頭的中心為頂點，可通過鏡頭有效成像的最大范圍的角度，稱為視場角。視場角越大，視野范圍就越廣，示意圖如下。

如下圖，其中u為物距，v為像距，f為焦距。對于A點當光線通過透鏡C點和O點的像疊在一起時可以清晰成像。不難想象焦距f變大時，A’點將后移，此時成的像更大，但對于相同尺寸的成像元件來說其視場角變小。

現(xiàn)在一般手機鏡頭的等效焦距在30mm左右，而某些手機的超廣角鏡頭可以低于16mm。所以手機鏡頭雖然很小，但拍攝范圍可以很大。

Ps:手機的實際焦距只有幾毫米。由于視場角的大小與感光元件尺寸有關(guān)，大家習(xí)慣于將不同尺寸感光元件上成像的視角，轉(zhuǎn)化為135相機上同樣成像視角所對應(yīng)的鏡頭焦距，這個轉(zhuǎn)化后的焦距就是等效焦距。簡單的說就是以135相機作為一種標準，把非135規(guī)格相機的焦距折算成135相機的焦距,這樣讓人比較容易理解。大家如果感興趣可以進一步查找相關(guān)信息。

By 煦天

5

Q:磁懸浮列車是怎么動起來的呀？

by?物理小新～

磁懸浮列車是利用直線同步電動機的原理進行驅(qū)動的，其依靠的基本物理原理是法拉第電磁感應(yīng)定律。法拉第電磁感應(yīng)定律可以簡單理解為當穿過導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化時，導(dǎo)體上會產(chǎn)生電動勢。

具體來說，直線同步電機是將線圈鋪設(shè)在軌道上，并通入一個三相交流電，使軌道與列車車體之間的空隙中產(chǎn)生變化的磁場，使安裝在列車上的導(dǎo)體由于電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生電流，從而會產(chǎn)生一個與原有磁場相反的磁場，最終在軌道與列車之間產(chǎn)生了動力。

簡單來說就是列車行駛時，車頭處的N級磁場被軌道上車頭前端的S級吸引，同時被S級后端的N級排斥，從而產(chǎn)生了推力；然后軌道斷電磁場消失，列車以慣性前進；而后軌道通入與之前相反的電流，產(chǎn)生與剛才相反的磁場，使車頭前段N級受到排斥，后端的S級受到吸引。從而實現(xiàn)了列車的連續(xù)驅(qū)動。

By Rimuru

6

Q:我是一名初三學(xué)生，請問既然滑動摩擦力大小和接觸面積無關(guān)，為什么騎自行車的時候輪胎沒氣會騎的更加費力呢？

by 祁夢

因為阻礙車輪轉(zhuǎn)動的阻力力矩增加了。首先，車子前行與滑動摩擦沒有什么關(guān)系，是靜摩擦力使車前行。不過，整體可以看做車輪與地面的滾動摩擦。

我們先從靜止的車輪講起，此時車胎內(nèi)氣壓均勻，但由于接觸面積的不同導(dǎo)致支持力的分布如圖：

各點支持力的合力通過輪軸與重力大小相等、方向相反，沒有引入力矩。當主動輪開始滾動時，由于動力矩的存在，導(dǎo)致輪胎左右兩側(cè)支持力分布不均衡。這時支持力的合力就不通過車軸了，而是會引入一個力矩，如下圖。支持力的力矩阻礙車輪的轉(zhuǎn)動。

當輪胎沒氣時，車胎內(nèi)氣壓變小，接觸距離面積變大，接觸距離變長。支持力合力的力臂變長了，導(dǎo)致阻礙力矩變大，因此騎著更加費力了，示意圖如下。

公式： 【F=P·S（力=壓強·面積）】

【M=L?x?F（力矩=力臂×力）】

By??煦天

7

Q:為什么粉筆大多數(shù)時候掉到地上總是會摔成兩半呢？

by?匿名

“粉筆掉在地上，摔成兩半”的問題和“彎曲意大利面時很難得到兩段”的問題有異曲同工之妙。悉尼大學(xué)的Rod Cross教授在2015年結(jié)合實驗給出了粉筆摔在地上斷裂成幾段的解釋。

首先他選用長度為78mm，直徑為11mm的粉筆，利用高速攝影機發(fā)現(xiàn)了粉筆從不同高度摔落在地上的不同現(xiàn)象：在低于30厘米的高處落下，粉筆一般不會摔斷；在高度為30厘米到40厘米的高處落下，粉筆一般從中間斷為兩截；在40厘米以上的高出落下一般斷為不相等的三截；在高于50厘米的高度落下，偶爾會斷為不相等的四截。如圖所示：

在粉筆下落的過程中，粉筆的一端先觸及地面，豎直向上反彈，地面對粉筆突然施加一個力矩。如果其速度足夠大，地面對粉筆施加的力矩會使得粉筆直接斷裂為兩段，斷裂位置一般在接近中心位置的缺陷處。如果其速度尚且不夠大，不能夠直接斷裂，在粉筆一端觸及地面時，其兩端的速度大小相同，后落地的一端在突然施加的力矩作用下在落地時會得到比先落地一端更大的速度，這個速度如果足夠大也會使得粉筆斷裂，這便是粉筆斷為兩段的情景。

每次碰撞會伴隨一定的能量損耗，粉筆在較低的高度落下時，就會多次在地面反彈而不發(fā)生斷裂；如果粉筆在較高處落下，其首先斷裂為兩段，然后未觸及地面的一段在下落速度足夠大時很可能斷裂為兩段，這是斷裂為三段的情況；如果其首先斷裂的一段速度也足夠大，當其另一端觸及地面時也可能發(fā)生斷裂，這是斷裂為四段的情況。如圖所示：

綜上，特定長度的粉筆落地斷裂的段數(shù)與落地高度直接相關(guān)，同時其斷裂的方向以及位置與粉筆的內(nèi)在缺陷分布，粉筆落地的傾角也直接相關(guān)。

至于題者遇到的經(jīng)常摔成兩半，首先由于場景限制，高度一般不會發(fā)生變化，其斷裂的段數(shù)對于特定的高度應(yīng)該是固定的，這也是其經(jīng)常觀察到摔為兩段的原因。同時上文提到的具體高度與粉筆材質(zhì)以及缺陷數(shù)量有很大關(guān)系，對于具體的粉筆其對應(yīng)斷裂高度很有可能不同。

參考：The Physics Teacher 53, 13 (2015)?https://www.researchgate.net/publication/279940357

By 勿用

本期答題團隊

物理所? ?煦天、Nuor、Rimuru、勿用

下期見咯QwQ