最直接最不繞彎子地告訴你，為什么下載東西的時(shí)候總會(huì)在最后卡一下？ | No.519

你有沒有發(fā)現(xiàn)，

每次下載東西到最后的時(shí)候，

最會(huì)在0B/s卡一下，

這是為什么呢？

問答導(dǎo)航
Q1 饅頭面包為什么做法不同？
Q2 下載為什么會(huì)在最后卡住？
Q3 解凍的飲料為什么變甜？
Q4 扭扭車如何實(shí)現(xiàn)前進(jìn)？
Q5 車窗為何會(huì)映出彩虹？
Q6 為什么熱水比冷水結(jié)冰快？
Q7 地磁場(chǎng)能用來發(fā)電嗎？
Q8 氧氣能被磁鐵吸引嗎？
Q9 翻瓶子游戲裝多少水最可能贏？
Q10 無色的例子組成的物質(zhì)為何有顏色？
Q11 手做小孔為什么能看的更清晰？

Q1

為什么做饅頭使用中筋面粉，烹飪用蒸的方法，而做面包使用高筋面粉，要用烤箱烤？這中間的區(qū)別是什么？

by 朱先生

答：

我們經(jīng)常會(huì)根據(jù)不同的場(chǎng)景想吃不同口感的面，有的松軟有的筋道，能夠決定面粉口感的，我們知道淀粉是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，除了淀粉還有兩類關(guān)鍵蛋白，那就是麥谷蛋白和麥醇溶蛋白。這兩種蛋白它們一遇水，再經(jīng)過對(duì)面團(tuán)的揉摁加工，就會(huì)慢慢連成“面筋網(wǎng)”。你可以把它想成一張有彈性的網(wǎng)，加入了酵母所發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，其實(shí)就靠這張網(wǎng)兜住。蛋白質(zhì)含量相對(duì)越高，面筋潛力也就越強(qiáng)，面團(tuán)越“哏啾”、越有嚼勁。

所以想吃有點(diǎn)韌勁兒的面包，那就用高筋粉。高筋粉多來自硬質(zhì)小麥，蛋白質(zhì)含量高，面筋網(wǎng)更結(jié)實(shí)。面包在發(fā)酵和烘烤時(shí)，需要把氣體穩(wěn)穩(wěn)兜住，才能長(zhǎng)高、膨脹、組織有彈性。尤其吐司、歐包這類，沒點(diǎn)“筋骨”真的撐不起來。

饅頭為什么多用中筋粉？因?yàn)轲z頭追求的是白、軟、細(xì)、潤(rùn)。它也需要面筋來托住氣孔，但不需要像面包那樣強(qiáng)壯。中筋粉就剛剛好：能發(fā)起來，又不會(huì)太韌。如果拿高筋粉做饅頭，成品可能更有嚼勁，但也容易偏硬、偏“面包感”。

低筋粉又是另一種性格。它常來自軟質(zhì)小麥，蛋白質(zhì)低，面筋弱，適合蛋糕、餅干、酥點(diǎn)。蛋糕要的是松軟細(xì)嫩，不想要太多面筋；餅干要的是酥松，也怕揉出筋。

說完高低筋面粉的區(qū)別和使用場(chǎng)景的不同，咱們?cè)僬f蒸和烤。饅頭是蒸出來的，水蒸氣是濕熱，表面一直有水汽包著，所以不會(huì)形成硬殼，也不容易上色，口感就是柔軟水潤(rùn)。面包是烤出來的，烤箱是干熱，表面水分會(huì)跑掉，溫度也更高，于是外皮變干、變脆，還會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，也就是蛋白質(zhì)和糖在高溫下產(chǎn)生褐變和香氣。面包那層金黃外殼、焦香味，基本就是這么來的。

從分子角度看，饅頭和面包其實(shí)都是“面筋網(wǎng)絡(luò)+淀粉糊化”共同定型。加熱時(shí)，淀粉顆粒吸水膨脹，變成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)也受熱凝固，把氣孔固定住。只是饅頭在濕熱環(huán)境里定型，保水多、表皮軟；面包在干熱環(huán)境里定型，失水多、外殼香。

再回到問題上來，因?yàn)轲z頭要的是柔軟水潤(rùn)，所以用中筋粉、得靠蒸；而面包要的是膨脹、有筋骨、有焦香外殼，所以用高筋粉、靠烤。

參考文獻(xiàn)：

1. King Arthur Baking Company. Protein percentage in flour: Why it matters[EB/OL]. 2023-09-25.

2. Purlis E. Modelling the browning of bread during baking[J]. Food Research International, 2009, 42(7): 865-870.

by 亦山

Q.E.D.
Q2 為什么下載東西的時(shí)候，最后馬上完成的時(shí)候，總是會(huì)卡在0B/s一會(huì)兒？

by 明

答：

下載到最后那個(gè) 0B/s，其實(shí)下載沒停，是進(jìn)度條“騙”了你。進(jìn)度條上的速度只統(tǒng)計(jì)一件事：數(shù)據(jù)從服務(wù)器搬到你這兒有多快。可文件傳完之后，還有一串活兒等著。電腦要把分塊送來的碎片重新拼成完整文件，再算一遍校驗(yàn)和，相當(dāng)于給文件核對(duì)指紋，確認(rèn)一個(gè)字節(jié)都沒丟沒壞。然后殺毒軟件要掃一遍，瀏覽器還得把臨時(shí)文件挪到正式位置，把內(nèi)存里緩存的數(shù)據(jù)寫進(jìn)硬盤。這些活兒都不走網(wǎng)絡(luò)，所以雖然最后我們看起來速率計(jì)是 0，但電腦可忙得很。

那為什么非得卡在最后呢？因?yàn)檫@些收尾沒法提前干。快遞你得先收齊了才能驗(yàn)貨，核對(duì)有沒有少、有沒有壞。下載也一樣，數(shù)據(jù)沒收完，沒東西可拼、沒文件可驗(yàn)，收尾只能排在最后。

如果你用的是BT 這類下載，還會(huì)多一層麻煩。文件被切成很多塊分頭下，最后缺的那幾塊，偏偏是全網(wǎng)最少人手里有的，想下也下不到，只能干等。

所以下次卡在 99% 別急著點(diǎn)取消，等它一會(huì)兒。

by 檸七

Q.E.D.
Q3 為什么冰凍飲料放常溫下解凍幾分鐘后，開瓶第一口特別甜之后甜味越來越淡？

by 匿名

答：

相信不止你一個(gè)人有這樣的疑惑，這不是你的味覺突然變刁了，也不是舌頭被“冰”地沒知覺了，而最為主要的是冰凍時(shí)發(fā)生了一個(gè)很有意思的現(xiàn)象：凍濃縮。

飲料不是純水，里面有糖、酸、香精、色素等溶解物。冷凍時(shí)，水分子最容易規(guī)規(guī)矩矩排隊(duì)結(jié)成冰晶。像糖分子、酸味物質(zhì)這些“外來戶”，相比較之下，那就不太容易被塞進(jìn)冰晶結(jié)構(gòu)里面去了，也不能跳出這個(gè)冷凍室去，于是就被擠到還沒結(jié)冰的那部分液體里。如此，冰越結(jié)越多，剩下那點(diǎn)沒凍住的液體，糖和風(fēng)味物質(zhì)越來越濃，像一小團(tuán)“濃縮糖漿”。

所以等你把冰凍飲料拿到常溫下放幾分鐘，瓶子里并不是均勻解凍的。可能這些含糖量更高的濃縮液就會(huì)先流動(dòng)起來的，往往就是你一開瓶喝第一口，入口的是“甜味加強(qiáng)版”，就覺得特別甜。

但接下來，情況就變了。隨著更多冰晶融化，融出來的主要是水。水一多，原來那部分濃縮糖液就被稀釋了，整體甜度自然越來越淡。說白了，第一口甜，是因?yàn)樘潜槐鶅鲞^程暫時(shí)“趕到了一小塊液體里”；后面變淡，是因?yàn)楸伤阉鼪_開了。

從分子角度看，冰晶更偏愛水分子組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而糖分子會(huì)干擾冰晶形成，還會(huì)降低溶液的冰點(diǎn)。所以含糖飲料不會(huì)像純水那樣整瓶均勻凍硬，而是形成“冰晶+濃縮液”的混合狀態(tài)。這種方法甚至成為用來提高液體濃度的一種方法了。

讓我們回到問題中來看，第一口不是糖變多了，而是糖暫時(shí)地更集中，后面也不是飲料變寡了，而是無味的冰化成水之后把甜味稀釋了。想讓味道正常一點(diǎn)，別急著喝第一口，讓它多化一會(huì)兒，之后輕輕搖勻了再喝，甜度就會(huì)更接近原來的配方了。

參考文獻(xiàn)：

1. Vuist J E. Progressive freeze concentration[D/OL]. Wageningen University & Research, 2021.

2. Najim A, et al. Experimental and theoretical investigation of a novel freeze concentration process[J/OL]. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 2022.

3. Green B G, Nachtigal D, Hammond S, Lim J. Temperature affects human sweet taste via at least two mechanisms[J/OL]. Chemical Senses, 2015, 40(6): 391-399.

by 在田

Q.E.D.
Q4 小寶寶玩的扭扭車為什么左右轉(zhuǎn)動(dòng)就可以前進(jìn)？它前進(jìn)的動(dòng)力源來自哪里？

by potato

答：

這種扭扭車主要是人對(duì)車做功實(shí)現(xiàn)車的左右扭動(dòng)，再利用離心力和地面摩擦力的相互作用，將身體左右搖擺的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為向前的驅(qū)動(dòng)力，關(guān)鍵就在于扭扭車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和萬向輪。

它一共有三對(duì)輪子，前面一對(duì)轉(zhuǎn)向輪很小，懸在空中，僅僅在地面不平時(shí)起到避免碰撞車體的作用；后面是兩個(gè)承重輪，人就坐在他們的正上方。

因?yàn)榕づぼ嚨膬蓚€(gè)踏板是通過一根軸連接的，當(dāng)你轉(zhuǎn)左車把的時(shí)候，輪子也會(huì)轉(zhuǎn)向同一側(cè)，如下圖所示，輪子在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的帶動(dòng)下有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，地面給它的摩擦力沿著切線反方向，在指向圓心的方向，輪子做圓周運(yùn)動(dòng)，地面給他的摩擦力提供向心力，兩個(gè)摩擦力效果合起來，對(duì)車產(chǎn)生向前的推力，車子加速運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)輪子轉(zhuǎn)過中線，由于切線速度的方向轉(zhuǎn)向切線前方，摩擦力隨之轉(zhuǎn)到后方，本來應(yīng)該阻礙車子的運(yùn)動(dòng)，但是當(dāng)時(shí)車子已經(jīng)有速度了，可以依靠慣性向前所以是減速運(yùn)動(dòng)。重復(fù)左右搖擺的操作就可以實(shí)現(xiàn)車子向前走了。由此可見扭扭車是靠摩擦力前進(jìn)的，在運(yùn)動(dòng)中交替加速和減速。如果你把輪子沾上水，就能看到扭扭車的軌跡是波浪狀的，通過左右扭動(dòng)車子才能夠保持前進(jìn)，并且扭動(dòng)的頻率越快，車子跑的越快。

其實(shí)扭扭車的運(yùn)動(dòng)方式和蛇很像，蛇體在地面上做水平波狀彎曲，使彎曲處的后邊施力于粗糙的地面上，由地面的反作用力推動(dòng)蛇體前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

1. 楊亞平,劉紀(jì)康.扭扭車[J].數(shù)理天地(高中版),2007,(7):44.

by 藍(lán)多多

Q.E.D.
Q5 路燈照到汽車玻璃上，為什么會(huì)出現(xiàn)類似彩虹的七彩條紋？

by 發(fā)現(xiàn)生活者2026

答：

汽車玻璃上大多貼著一層隔熱膜或防爆膜，膜里夾著幾層金屬或氧化物的鍍層，薄到納米級(jí)，跟可見光波長(zhǎng)同一量級(jí)。路燈的光照上去，一部分在膜的上表面反射，一部分鉆進(jìn)膜里，在下表面再反射一次。這兩道反射光疊到一起，有的顏色波長(zhǎng)剛好對(duì)上，被相干增強(qiáng)；有的剛好錯(cuò)開，被相干相消。白光里紅橙黃綠藍(lán)靛紫什么波長(zhǎng)都有，各色各有去留，最后留下來的就是你能看到的那幾色。物理上把這套叫薄膜干涉。

另外，你可能留意過，這彩色條紋不是死的，挪一下步子、換個(gè)角度，顏色就跟著跑。原因在膜身上：它并非絕對(duì)均勻，有的地方厚一點(diǎn)有的薄一點(diǎn)，不同厚度處滿足的干涉條件不同，顏色就一道一道分開了。你看過去的角度一變，光在膜里走過的路程也變，每處增強(qiáng)抵消的顏色跟著變，條紋就活了起來。

肥皂泡上的彩色、水面油膜的花紋、CD 背面的彩虹條紋，都是同一個(gè)道理。

by 檸七

Q.E.D.
Q6 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，我們能否利用地磁場(chǎng)進(jìn)行發(fā)電？

by 鹮漪

答：

可以是可以，從物理原理上說能，從現(xiàn)實(shí)發(fā)電上說有點(diǎn)不太值得。

我們回顧一下電磁感應(yīng)，磁生電的關(guān)鍵不是“有磁場(chǎng)就能發(fā)電”，而是磁通量要變化。簡(jiǎn)單說，要么磁場(chǎng)在變，要么線圈在磁場(chǎng)里轉(zhuǎn)，要么導(dǎo)線去“切割”磁感線。普通發(fā)電機(jī)就是讓線圈在強(qiáng)磁場(chǎng)里轉(zhuǎn)，把機(jī)械能變成電能。地球確實(shí)有磁場(chǎng)，所以理論上，只要讓導(dǎo)體相對(duì)地磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，也能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

問題是，地磁場(chǎng)忒弱了。地表附近的地磁場(chǎng)大約只有50微特斯拉，也就是0.00005特斯拉。這個(gè)數(shù)聽著還行，但和發(fā)電機(jī)里常用的強(qiáng)磁場(chǎng)比，差了很多個(gè)數(shù)量級(jí)。我們拿公式估一下：一根1米長(zhǎng)的導(dǎo)線，以10米/秒的速度垂直切割地磁場(chǎng)，產(chǎn)生的電壓大約是0.0005伏，也就是0.5毫伏。這個(gè)電壓小到什么程度？別說帶動(dòng)家電，連穩(wěn)定收集都嫌麻煩。

更關(guān)鍵的是，地磁場(chǎng)不是“免費(fèi)電池”。如果你讓導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)來發(fā)電，能量其實(shí)來自你推動(dòng)導(dǎo)線的機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，歷史上有過類似的試驗(yàn)，總之如果用衛(wèi)星拖著長(zhǎng)導(dǎo)線在地磁場(chǎng)里運(yùn)動(dòng)，電能來自衛(wèi)星的軌道動(dòng)能，衛(wèi)星會(huì)被拖慢，軌道會(huì)降低。

所以結(jié)論就是利用地磁場(chǎng)發(fā)電在理論上完全成立，在太空系繩等特殊場(chǎng)景里也能做實(shí)驗(yàn)，但如果想在地面上靠地磁場(chǎng)大規(guī)模發(fā)電，那就不太可能了，希望我們能找到一個(gè)有著巨大磁場(chǎng)強(qiáng)度的星球，用來做磁生電。地球的這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度更像是那種小水流般的“信號(hào)”強(qiáng)度，之于大河上下頓失滔滔那樣的“能源”強(qiáng)度。所以地磁場(chǎng)更適合當(dāng)“指南針”，不太適合當(dāng)“發(fā)電廠”。

參考文獻(xiàn)：

1. NOAA National Centers for Environmental Information. World Magnetic Model (WMM)[EB/OL]. NOAA NCEI.

by 淇鯉

Q.E.D.
Q7 為什么玉米粒的排數(shù)常常是雙數(shù)？它真的永遠(yuǎn)是雙數(shù)嗎？

by 草履蟲

答：

雌花序（果穗）的分生組織伸長(zhǎng)后，會(huì)產(chǎn)生小穗對(duì)分生組織；每一個(gè)小穗對(duì)分生組織在后續(xù)發(fā)育中，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生兩個(gè)小穗分生組織；每個(gè)小穗分生組織隨后會(huì)產(chǎn)生花分生組織，并在受精后發(fā)育成籽粒。總結(jié)來說，因?yàn)樾∷雽?duì)分生組織的特殊發(fā)育模式，玉米粒的行數(shù)等于2倍的小穗對(duì)分生組織的數(shù)量，所以玉米粒的行數(shù)常常是雙數(shù)。那么玉米粒的排數(shù)真的永遠(yuǎn)是雙數(shù)嗎？（手動(dòng)狗頭）當(dāng)然不是，比如出現(xiàn)突變等現(xiàn)象打亂發(fā)育過程就會(huì)有例外。舉例來說，2024年，Cai et al.將野生大芻草遺傳片段導(dǎo)入玉米自交系Zong3背景、構(gòu)建BC2F7群體，通過果穗籽粒行數(shù)表型篩選獲得了ter1。該個(gè)體穗中只有5 - 7行籽粒。

參考文獻(xiàn)：

1. Liu L, Du Y, Shen X, Li M, Sun W, et al. (2015) KRN4 Controls Quantitative Variation in Maize Kernel Row Number. PLOS Genetics 11(11): e1005670. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005670

2. Cai, M., Xiong, Q., Mao, R. et al. Determination of single or paired-kernel-rows is controlled by two quantitative loci during maize domestication.Theor Appl Genet 137,227 (2024). https://doi.org/10.1007/s00122-024-04742-6

by ThymolBlue

Q.E.D.
Q8 液態(tài)氧能被磁鐵吸引，氣態(tài)氧和固態(tài)氧也可以嗎？

by 匿名

答：

可以，我們先看原理，氧分子能被磁鐵吸引，不是因?yàn)樗耔F釘一樣有著“鐵磁性”，而是因?yàn)檠醴肿佑?strong>兩個(gè)未成對(duì)電子，所以它是順磁性的。順磁性材料有一個(gè)特性就是遇到磁場(chǎng)會(huì)被吸引，但磁場(chǎng)一撤，它自己則不會(huì)變成一塊磁鐵。

液態(tài)氧能被磁鐵明顯吸住，正是因?yàn)檫@個(gè)原因。一些大學(xué)的演示資料也提到，液態(tài)氧會(huì)停留在強(qiáng)磁鐵兩極之間，這是氧分子順磁性的典型表現(xiàn)。

那氣態(tài)氧可以嗎？也可以。因?yàn)椴还苁菤鈶B(tài)還是液態(tài)，只要還是氧分子，分子里的那兩個(gè)未成對(duì)電子還在，順磁性就還在。只不過氣態(tài)氧太“稀”了，單位體積里的氧分子少，又被熱運(yùn)動(dòng)攪得亂跑，所以普通磁鐵幾乎看不出效果。就好比在人群中你在朝一個(gè)方向使勁鉆過去，但是人太多太擠了，不僅鉆不過去還會(huì)被人群帶著走。所以你拿一塊磁鐵去吸空氣，基本不會(huì)發(fā)現(xiàn)“氧氣被吸過去了”。原理依舊成立，就是效果太弱。

固態(tài)氧也會(huì)受磁場(chǎng)影響，但它比氣態(tài)、液態(tài)更復(fù)雜。因?yàn)檠醴肿颖粌鲈诰w里以后，分子之間離得近，彼此的磁相互作用不能忽略。研究固態(tài)氧的資料指出，凝聚態(tài)氧里，氧分子之間會(huì)出現(xiàn)反鐵磁相互作用，在超強(qiáng)磁場(chǎng)下還可能出現(xiàn)新的高磁場(chǎng)相。 所以固態(tài)氧不是簡(jiǎn)單一句“像液態(tài)氧一樣被吸住”就能講完。它仍然和磁場(chǎng)有關(guān)，但不是鐵那種一吸就啪嗒貼上去的磁性。

那既然磁鐵能夠吸引氧分子，那應(yīng)運(yùn)而生一個(gè)新的問題，能不能用磁鐵富集氧氣呢？理論上可以。空氣里氧氣是順磁性的，氮?dú)庵饕强勾判缘摹Ｈ绻O(shè)計(jì)很強(qiáng)、很不均勻的磁場(chǎng)，確實(shí)可以讓氧分子更偏向磁場(chǎng)強(qiáng)的地方。也有研究專門用梯度磁場(chǎng)做氧氣富集，核心就是利用氧分子在磁場(chǎng)梯度中的受力差異。

只不過在現(xiàn)實(shí)里，這事靠一塊磁鐵完成是基本上不太行的。原因很簡(jiǎn)單我們上述內(nèi)容也說過了。想真正富集氧氣，需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)梯度、專門的流道設(shè)計(jì)，還要控制氣流速度，不是把磁鐵往房間里一放，旁邊空氣就變成“高氧空氣”。

氣態(tài)氧、液態(tài)氧、固態(tài)氧都和磁場(chǎng)有關(guān)系，液態(tài)氧在磁場(chǎng)下的影響變化最容易被看出來，因?yàn)樗芏雀摺⒂帜芰鲃?dòng)。用磁場(chǎng)富集氧氣在科學(xué)上可行，在工程上也有人研究，但目前日常和工業(yè)上更常見的制氧方法，還是低溫精餾、變壓吸附和膜分離。磁鐵能“偏愛”氧氣，但想讓它乖乖幫我們大規(guī)模制氧，還沒那么容易。

參考文獻(xiàn)：

1. Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations. Paramagnetism of Oxygen[EB/OL]. 2012

2. Einstein D, Worrell E, Khrushch M. Industrial Oxygen: Its Use and Generation[R/OL]. ACEEE, 2007

3. Nomura T, Kohama Y. Solid and Liquid Oxygen under Ultrahigh Magnetic Fields[J/OL]. Condensed Matter, 2022, 7(2): 13

by 淇鯉

Q.E.D.
Q9 翻瓶子挑戰(zhàn)中，瓶里裝多少水最容易成功？

by 17

答：

我將用最直接最不繞彎子地回答你，一般來說，瓶子裝到大約四分之一到三分之一，最容易翻成功。拿常見的500毫升礦泉水瓶來說，大概就是125到170毫升左右；如果只想記一個(gè)簡(jiǎn)單版，那就先試三分之一瓶。特溫特大學(xué)相關(guān)研究介紹里提到，比較理想的裝水比例常落在20%—41%之間，500毫升瓶子大約裝150毫升，也就是30%左右，是一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)。

為什么不是空瓶、滿瓶，反而是半空不滿的瓶子更容易成功？這里面最關(guān)鍵的是三個(gè)東西，那就是質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和水的晃動(dòng)耗能。

我們模擬一下翻瓶子地全過程。首先就是瓶子出手的時(shí)候，它就被賦予了兩種運(yùn)動(dòng)：一邊往前飛，一邊繞著自己的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)。能不能成功，不只看你扔得準(zhǔn)不準(zhǔn)，還要看它落地那一刻，瓶底是不是剛好接近桌面。如果轉(zhuǎn)得太快，瓶子會(huì)翻過頭；轉(zhuǎn)得太慢，又還沒轉(zhuǎn)到位就掉下來了。

部分裝水的妙處就在這里。瓶子剛出手時(shí)，水大多在瓶底，等飛到空中以后，水會(huì)因?yàn)閼T性和重力在瓶子里晃開，甚至分布到瓶身兩端。這樣一來，整個(gè)“瓶子+水”的質(zhì)量分布被拉長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變大。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以理解成“一個(gè)東西有多不愿意改變旋轉(zhuǎn)狀態(tài)”。在外部力矩不大的情況下，角動(dòng)量大致守恒，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變大，角速度就會(huì)變小。也就是說，水在瓶子里一晃，等于給旋轉(zhuǎn)中的瓶子踩了一腳剎車。美國(guó)《American Journal of Physics》發(fā)表的研究就指出，瓶?jī)?nèi)水重新分布會(huì)增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、降低角速度，從而讓瓶子更容易豎直落地。

所以水太少不行，是因?yàn)樗馁|(zhì)量不夠，晃動(dòng)帶來的“剎車”效果太弱。水太多也不行，因?yàn)槠坷餂]有足夠空間讓水晃開，整個(gè)瓶子又接近一根固定的硬棒，旋轉(zhuǎn)速度不容易降下來。滿瓶和空瓶都比較像剛體，出手之后角速度變化不大，所以反而更難站住。

落地那一下也很重要。瓶底碰到桌面時(shí)，桌面對(duì)瓶子有一個(gè)向上的沖擊力。如果瓶子還轉(zhuǎn)得很快，就會(huì)彈起來或者繼續(xù)倒下。部分裝水時(shí)，水會(huì)繼續(xù)往下沖，撞擊瓶底和瓶壁，把一部分機(jī)械能變成水的晃動(dòng)和內(nèi)部耗散，相當(dāng)于幫瓶子“卸力”。2025年的一項(xiàng)高速成像研究也指出，瓶?jī)?nèi)流體不僅在飛行中阻礙旋轉(zhuǎn)，還會(huì)在落地時(shí)減弱反彈，這對(duì)最終站住很關(guān)鍵。

瓶子的形狀當(dāng)然也有影響。比較好翻的瓶子，通常不是特別矮胖，也不是特別細(xì)長(zhǎng)。太矮胖的瓶子，水在里面能拉開的距離有限，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化不明顯；太細(xì)長(zhǎng)的瓶子，雖然水能拉開，但重心高、瓶底小，落地后更容易歪倒。比較合適的是常見礦泉水瓶這種有一定高度，底部又不至于太小的形狀，水又能晃動(dòng)，落地時(shí)還能站地比較穩(wěn)。

瓶底也很關(guān)鍵。簡(jiǎn)言之比較符合直覺，瓶底越平、接觸面積越穩(wěn)定，越容易站住。如果瓶底很小、很尖、凹凸特別夸張，稍微偏一點(diǎn)就倒。太滑的桌子容易打滑，太軟的表面又會(huì)吸收動(dòng)作、讓瓶子歪掉。平整、稍微有點(diǎn)摩擦力的桌面最好。

瓶身軟硬也有區(qū)別。太硬的瓶子落地容易彈，太軟的瓶子又容易變形，導(dǎo)致水的晃動(dòng)和瓶子的姿態(tài)不好控制。普通薄塑料礦泉水瓶反而比較適合，因?yàn)樗幸稽c(diǎn)彈性，能吸收沖擊，但又不會(huì)軟到完全失控。

瓶肩和瓶頸也有影響。帶一點(diǎn)收腰、瓶肩過渡比較自然的瓶子，水在里面流動(dòng)時(shí)更容易形成有效的重新分布；如果瓶身形狀太怪，比如上窄下寬特別夸張、瓶壁有很多深凹槽，水流被卡住，翻起來就更不穩(wěn)定。瓶蓋最好擰緊，瓶蓋漏水不只是尷尬，還會(huì)改變瓶子的質(zhì)量分布和落地狀態(tài)。

瓶里的水是一個(gè)會(huì)移動(dòng)的“空中剎車+落地減震器”。裝得太少了，剎不住。太滿，動(dòng)不了。裝到三分之一左右，水既有重量，又有空間晃動(dòng)，最容易幫瓶子穩(wěn)穩(wěn)站住。

所以翻瓶子最容易成功的組合，大概是瓶子裝四分之一到三分之一水，瓶身中等偏高，瓶底平而不太小，瓶身有一點(diǎn)彈性但不要太軟，桌面平整不打滑。再加上一個(gè)穩(wěn)定的出手力度，讓瓶子大約完成一圈旋轉(zhuǎn)，成功率就會(huì)明顯提高。

學(xué)會(huì)了嗎？準(zhǔn)備成為翻瓶子的高手吧。

參考文獻(xiàn)：

1. Dekker P J, Eek L A G, Flapper M M, Horstink H J C, Meulenkamp A R, van der Meulen J, Kooij E S, Snoeijer J H, Marin A. Water bottle flipping physics[J]. American Journal of Physics, 2018, 86(10): 733-739. DOI: 10.1119/1.5052441.

2. University of Twente. University of Twente students unravel the physics behind the perfect “water bottle flip”[EB/OL]. 2018-09-20.

by 亦山

Q.E.D.
Q10 微觀粒子本身沒有顏色，為什么它們組成的物質(zhì)會(huì)有顏色？

by Mr.Yu

答：

顏色是光與物質(zhì)相互作用后，讓人眼看到的結(jié)果。物質(zhì)之所以能夠有顏色，是因?yàn)槠渲械?strong>微觀粒子組成的宏觀物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了改變，從而使得光與物質(zhì)相互作用改變。

選擇性吸收：假設(shè)一束白光照射到物體上，物質(zhì)內(nèi)部的電子選擇性吸收特定波長(zhǎng)的光，然后反射或者透射其他波長(zhǎng)的光。所以這些未被吸收的光就會(huì)進(jìn)入我們的眼睛，構(gòu)成了我們看到的顏色。

金屬的顏色是由于能帶的存在，固體中大量原子聚集在一起，原本孤立的原子能級(jí)形成能帶，金屬內(nèi)部有大量的自由電子，它們可以吸收并重新發(fā)射幾乎所有可見光波長(zhǎng)的光子。因此，金屬通常呈現(xiàn)出明亮的銀白色光澤（如銀、鋁）。對(duì)于銅和金，它們的能帶結(jié)構(gòu)使得它們更容易吸收可見光中波長(zhǎng)較短的藍(lán)光和紫光，而反射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的黃光和紅光，因此它們呈現(xiàn)出獨(dú)特的金黃色。

單個(gè)微粒為什么沒有顏色呢？是因?yàn)閱蝹€(gè)原子或者分子的尺寸遠(yuǎn)小于可見光，當(dāng)光波遇到這種小尺寸的粒子，不會(huì)產(chǎn)生宏觀物質(zhì)那種反射、折射或者干涉。只有大量微觀粒子聚集成宏觀結(jié)構(gòu)時(shí)，才能呈現(xiàn)出色彩。

by 藍(lán)多多

Q.E.D.
Q11 為什么手指圍出一個(gè)小孔放在眼前，能像臨時(shí)近視眼鏡一樣讓東西變清楚？

by 知渝

答：

這是因?yàn)槟闶謩?dòng)縮小了眼睛的“光圈”。由于眼軸過長(zhǎng)或晶狀體屈光力異常，對(duì)于近視眼，光線無法準(zhǔn)確聚焦在視網(wǎng)膜上，而是在視網(wǎng)膜前方就已經(jīng)聚焦。到達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)，光束已經(jīng)重新分散，形成了一個(gè)模糊的光斑，這個(gè)光斑在光學(xué)上被稱為彌散圓，彌散圓越大，我們看到的畫面就越模糊。

當(dāng)你用手指圍成一個(gè)小孔放在眼前時(shí)，相當(dāng)于阻擋了大角度入射的雜散光線。此時(shí)，只有極少數(shù)接近平行、直射眼球中心的光線能夠穿過小孔進(jìn)入眼球。因?yàn)檫M(jìn)入眼球的光束變細(xì)了，即使它們依然無法準(zhǔn)確聚焦在視網(wǎng)膜上，在視網(wǎng)膜上形成的彌散圓面積也會(huì)大大縮小。當(dāng)彌散圓小到一定程度時(shí)，大腦就會(huì)覺得圖像變清晰了。

常拍照的同學(xué)或許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這與相機(jī)成像的原理十分類似——用大光圈拍攝，能達(dá)到“刀銳奶化”的效果：被攝主體如刀鋒般銳利，背景如奶油般化開；而當(dāng)你縮小光圈，就能夠增加景深，即使鏡頭沒有精準(zhǔn)對(duì)焦，背景和前景的物體也依然能夠顯得相對(duì)清晰。手指圍成的小孔，在這里就充當(dāng)了小光圈的作用。

當(dāng)然，這個(gè)方法只能應(yīng)急，透過小孔看東西，畫面會(huì)變暗 ，視野也會(huì)受限。如果眼睛近視，還是要及時(shí)配鏡矯正哦~

by 冰糕

Q.E.D.
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編輯：涼漸