為什麼手指能滑動手機屏幕，手指甲卻不能？| No.156_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-05-24 12:08
原創：中科院物理所
手機，作為日常生活的必需品，想必大家都已不陌生，手機屏上躍動的指尖，是"刷微博、逛淘寶、發朋友圈"永恆不變的信仰！
本期物理君為你解惑——
為什麼手指能滑動手機屏幕？
什麼樣的材質能滑動手機屏幕？
屏幕沾水會怎樣？
最後，請拿起手機，用您靈巧的手指，向上滑動，享用“一問一答”為您呈現的知識盛宴吧！
1
Q
為什麼鋼化玻璃敲邊緣比敲中間容易碎？
by 狒狒
A
先介紹一下鋼化玻璃是怎麼生產出來的。一種生產鋼化玻璃的方法是將普通退火玻璃加熱到軟化温度，然後再將其急速冷卻。急速冷卻過程中，玻璃表面被冷卻至退火温度以下，快速硬化，形成固態外殼；而內部的玻璃還處於液態，慢慢冷卻時會拉着固態外殼收縮，讓表層玻璃（固態外殼）受到巨大的壓應力，相應地，內部的玻璃則被固態外殼拉向四周，受到的是張應力。魯伯特之淚也是這個原理。
當鋼化玻璃受壓時，外力首先要抵消玻璃表層的壓應力，從而提高了玻璃的承載能力。從這我們可以知道，鋼化玻璃抗衝擊性能好的原因是其表面具有壓應力。但是鋼化玻璃的邊角區域往往會應力集中，屬於比較脆弱的區域，因此敲擊邊緣容易碎。汽車的側窗玻璃就是鋼化玻璃，細心點就能發現，逃生錘的使用指南上説要敲擊側窗玻璃的邊角，原因就是敲擊側窗玻璃邊角容易使玻璃出現裂縫，進而應力釋放會讓整塊玻璃碎成渣渣，便於逃生。
By 重光
2
Q
為什麼遠程輸電要用交流電呢？
by 匿名
A
當電流I通過電阻值為R的電阻時會產生熱量，所產生的熱量Q=I2Rt。
電線存在電阻，因此輸電的時候就會發熱損耗一部分能量，電線越長則損耗的能量就越多。從公式來看，降低R或者降低I都可以減小Q。對於降低R來説就是選擇合適的電線材質。
發電廠發出的電功率是一定的，它決定於發電機組的發電能力，根據P=UI，若提高輸電線路中的電壓U那麼線路中電流I一定會減小，因此能量損耗就小。早期製造高壓直流電比較困難，而交流電在技術上要容易很多，因此就一直在發展高壓交流輸電。事實上高壓直流輸電具有很多的優點，具有很好的發展前景。
By Patwf
3
Q
正弦交流電的有效值為什麼等於最大值除以根號二?
by 慚愧物理生
A
讓我們先看一看交流電有效值的定義：在相同的電阻上分別通過直流電流和交流電流，經過一個交流週期的時間，如果它們在電阻上所消耗的電能相等的話，則把該直流電流（電壓）的大小作為交流電流（電壓）的有效值。
在上述情況中，消耗的電能變為熱能Q，單位時間內產生的熱量等於電壓的平方除以電阻，對於正弦交流電來説，其電壓E=Emsinωt，週期T=2π/ω。正弦交流電的電壓在隨時間變化，要計算其一個週期產生的熱量需要進行積分。我們假設直流電的電壓為U，電流通過的電阻而R，則有：
，
解上述方程便可以得到：
。
By Patwf
4
Q
遊標卡尺的工作原理是什麼？
by 匿名
A
遊標卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的遊標兩部分構成。主尺一般以毫米為單位，即一格刻度對應1mm，而遊標上則有10、20或50個分格。以10分格為例，其10個分格加起來一共是9mm，即每一個刻度對應着0.9mm。
如圖所示，被測小球的直徑實際長度是遊標的刻度0所指的位置。但這一位置位於主尺的兩個刻度之間，即其直徑在2.2cm到2.3cm之間，只能精確到1mm。十分度的遊標卡尺可以提供0.1mm的精度。度數時先讀出0刻度左側的數值，然後再看遊標第幾條刻度與主尺刻度重合，乘以0.1mm加到主尺度數上即可。
假如遊標的0刻度正好處於2.2cm的位置，則遊標的刻度10正好位於3.1cm處，因為遊標的刻度之間間距為0.9mm，此時前9個刻度都不會與主尺的刻度重合。對第一刻度來説，其位於2.3cm左側1mm-0.9mm=0.1mm處，因此當遊標的0刻度往右移動0.1mm時，其第一條刻度便與主尺重合了，此時測量的長度便是2.2cm+0.1mm=2.21cm。而當0刻度往右移動0.2mm時，刻度1跑到了2.2cm右側0.1mm處，但此時刻度2則正好與主尺刻度重合了，因此測量的長度便是2.2cm+0.2mm=2.22cm，以此類推。
By Patwf
5
Q
手指能滑動手機屏幕，有些東西卻不能。什麼樣的材質才能滑動手機屏幕呢？
by 石頭門
A
現在絕大多數智能手機屏幕都是採用電容式觸摸屏，當手指觸摸在金屬層上時，由於人體電場，用户和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對於高頻電流來説，電容是直接導體，於是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，並且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。也因此，只要利用的材質和手機屏幕創造電容就行，導體比如説：蘋果皮、西瓜皮、香蕉皮等等都能滑動手機屏幕。絕緣體比如説厚紙張、塑料、橡膠是不行的。
此外，當手上沾了太多水時取觸摸屏幕，由於屏幕上會產生太多感應位點，無法計算出準確的觸碰位置，因此會產生觸控漂移的現象，屏幕也就不靈敏了。
By Nuor
6
Q
為什麼人會陷入流沙？
by llovemjxy
A
從力學角度分析，人走在任何地面上，都會給地面施加壓力。人與地面的接觸面越小，則產生的壓強越大。所以走在較薄的冰面上時，四肢着地趴着會更加的安全。同樣的道理，人走在沙漠裏會對沙子施加壓力。通常沙漠的沙粒堆積的很密集，沙粒和沙粒之間的空隙很小，且沙粒之間的摩擦力很大，因此踩上去並不會有什麼影響。但當沙子中混有水和黏土時情況就不一樣了，此時沙粒之間的摩擦力減小，沙子的流動性也在增強，即流沙。流沙常出現在地基不穩的沙漠地帶，這片沙漠下邊都會有水源。當人踩上去後沙灘hold不住較大的壓強就會形變，人腳也就開始下陷。事實上就是重新獲得力來與重力平衡的過程，因此人陷入流沙後只要不劇烈的掙扎就不會被淹沒。因為沙子的密度比人要大，隨着人的不斷陷入，所受到的浮力也會越來越大，最終會陷到腰或者胸腔的位置。
By Patwf
7
Q
為什麼有些金屬離子在水中有顏色而有些沒有？顏色又是怎麼產生的呢？
by 亦非
A
在水中有顏色的金屬離子往往是過渡金屬離子。
因為過渡金屬有一個未充滿的價殼層d軌道，所以過渡金屬往往有不止一種氧化態。當過渡金屬離子與中性或帶負電的配體結合時，它們會形成所謂的過渡金屬配合物。配體通過共價鍵或配位鍵與中心離子結合。常見配體包括水、氯離子和氨。
當一個配合物形成時，因為有些電子更靠近配體，過渡金屬離子的d軌道形狀會發生變化，這樣就會發生d軌道的分裂：有些d軌道進入高能級，而另一些則進入低能級。這樣就形成了一個能隙。電子可以吸收光子，從低能級躍遷到高能級。被吸收的光子的波長取決於能隙的大小。（這就是為什麼s和p軌道發生分裂時不會產生有色複合物。因為形成的能隙比較寬，吸收的光子處於紫外區域，肉眼觀察不到。）
另外，過渡金屬由於具有未充滿的價殼層d軌道，所以有人將鋅、鎘、汞排除在過渡金屬之外，因它們有充滿的價殼層d軌道。根據化學常識我們知道，**Zn2+**在水中是無色的，這與其d軌道充滿了電子有關。
By 重光
8
Q
為什麼很多物理方程中都有π這個數？
by 平行宇宙
A
首先，π是數學上的一個定義值，為圓的周長和直徑的比值。常見的數學概念三角函數，傅里葉變換，球積分，留數定理，正態分佈等概念中都含有π的概念，而又因為這些概念應用極廣，引申到其他學科，比如物理，工程，經濟等學科，使得π的傳播異常廣泛。
在物理學中，π這個常數出場率最高的在電磁場方程中，比如説：庫倫定律、磁場強度、格林函數等，這些方程中π多多少少都有出現。當以庫倫定律為例，在國際單位制（SI）下，其表達式為：
庫侖作用力的係數是通過實驗測定的，其係數應該為一個定值（高斯單位制規定其為係數為1，國際單位制規定為以上表達，含有π），在推導麥克斯韋方程組時，利用高斯定理需要對電場進行積分，由於球面的面積包含π，引入π的乘法，最後推出麥克斯韋方程組結果中不含有π（當然高斯單位中由於中途引入含有π）。此時可以看出π是由於球面積分的作用引入的。
π另一個出場率較多的是在動量空間中的各種量的求解中，這是因為實空間和動量空間的轉化需要做傅立葉變化，在這個過程中，π作為歸一化因子引入方程中。計算統計物理的時候，π也會出場，此時其是因為相空間的積分引入的。量子力學中，量子力學中普朗克常量本身就隱含着2π的關係，由於對易關係：
將這個含有π的量引申到量子力學的方方面面。
By Nuor
