為什麼煙花上升時會有“Biu~~”的一聲？| No.173_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-09-20 16:41
原創：中科院物理所
但願燃燒為灰燼，
不願腐朽與泥土；
雖然綻放後枯萎，
但一剎那光華足矣。
煙花，在我們的記憶中，
“Biu~~”的一聲升到空中，
綻放自己的美麗，
那麼，問題來了，
煙花上升時，
為什麼會有“Biu~~”的一聲呢？
（“Biu~~Biu~~”兩聲也是可以的
）
1
Q
為什麼用濕手摸玻璃杯杯口會發出聲音而日常生活中的其他材料不行？（希望從原理角度解釋）？
by 萬有引力
A
首先，聲音是由物體振動產生的聲波，是通過介質（空氣或固體、液體）傳播並能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象。用濕手摸玻璃杯能夠發出聲音，一定是某種物質發生振動，然後通過介質傳導，被我們感知到。
仔細分析發現，不是隻有在濕手摸玻璃杯時才會發出聲音，其實大部分時候，我們用手去摸或者説去摩擦某個物體的表面時一般都能聽到聲音，比如紙張、桌面或者説衣服等等。那為什麼會特別注意到濕手摸玻璃杯的聲音呢？是因為這種聲音——怎麼説呢——有點特別。有的人能夠根據聽到的聲音直接分辨出正在摩擦的物質是什麼，比如衣服的材質是龍還是纖維，或者判斷出你是在使勁摩擦還是輕輕撫摸。下面簡單從原理上分析，當我們摸或者説摩擦一個物體表面時，使物體表面或者手與物體接觸介面的分子發生振動，從模型上講，這是一個阻尼振動模型，如下圖所示，具體對應哪種阻尼則與實際情景有關。
阻尼振動中對應的振動頻率與物質的固有頻率和阻尼係數有關，振動幅度隨時間指數衰減。介質將振動的相關信息包括振幅和頻率以聲音的形式傳導給我們，使得我們能夠根據音色（與頻率相關）和響度（與振幅相關）來判斷物質的種類或者感知到不同強弱的聲音。
By 勿用
2
Q
物質燃燒過程中發光的機理過程是什麼？
by Horntail
A
燃燒是劇烈的化學反應，是化學能轉化為熱能和光能的一個過程。生活中，物質燃燒時一般會發光發熱，那麼其發光發熱的原理是什麼呢？
物質的發熱機理十分簡單，燃燒過程中某些化學鍵被破壞，新的化學鍵重組，當總的新的化學鍵能小於舊化學鍵能時，這個過程放出能量(燃燒一般是放出能量的，但是不能排除吸熱的燃燒反應)。一般燃燒過程中的發光現象與兩種發光機制有關，一種是熱輻射發光，另一種是焰色反應。熱輻射是指物體由於具有温度而輻射電磁波的現象，一切温度高於絕對零度的物體都能產生熱輻射，温度愈高，輻射出的總能量就愈大，短波成分也愈多。熱輻射的光譜是連續譜，波長覆蓋範圍理論上可從0直至無窮大，一般的熱輻射主要波長範圍為較長的可見光和紅外線。焰色反應是另一種常見的光學現象，對於特定的物質，在燃燒的高温下，吸收某些特定波長的電磁波，使其外層電子激發到高能級，這些電子在向低能級躍遷時會發出某些特定波長的光，當這些波長處於可見波段時，就會呈現特定的顏色。
By 勿用
3
Q
為什麼煙花上升時會有biu的一聲?
by 匿名
A
煙花，作為小時候陪伴我們的玩具，承載了我們美好的童年回憶。看着煙花在空中綻放，聽着煙花biu的一聲衝上天際，然後瞬間爆炸，不知道為何，就很開心。那時候的我們一定不會去問升空的煙花是圓是扁，煙花上升的聲音來至何方？（直到學了物理）。
煙花上升的聲音來自何方呢？下圖為煙花的常見構造，煙花一般由發射筒、底座和內筒構成。
當引線首先被點着時，內筒和發射筒間的發射藥劇烈燃燒，推進內筒從發射筒射出升空，在一定的高度下由於內部引線點着使內筒火藥而爆炸，最後點着填充的效果藥和產生各種顏色的煙花。在這個過程中，只有在最開始發射藥被引燃以及最後煙花爆炸時會發出聲響，也就是我們常聽見的很沉悶的“tong”的一聲和升空後劇烈的“bang!”的一聲，而煙花升空的“biu”的一聲的聲音是如何產生的呢？這種“biu”的聲響屬於煙花的聲響效應，需要在煙花內筒上安裝新的配件來實現，如圖所示。
某些煙花藥劑在某種容器中，被點燃後有的由燃燒轉為爆燃而發出閃光的雷聲；有的由於產生的氣體從噴孔中能發出悦耳的哨聲或笛聲；有的能產生類似鳥叫或嗡子聲音。比如將黑火藥系列的藥劑裝在紙筒中，兩頭壓上泥塞的紙筒中，在藥劑上邊再扦上一根引線，引燃後會產生悦耳的哨子聲或笛子聲。將高氯酸鉀和鋁粉等混合後裝在紙筒中並封閉嚴實或用幾層紙條纏緊成包狀，用導火索點燃會產生爆炸聲和耀眼的閃光。利用這些“聲響效應”可製成如稱為筒雷、包雷、嗡子、小鳥、哨子、笛子等部件，安裝在煙花內筒上，通過引線配置使其在合適的時候發出聲響即可為我們展示諸如小火箭的“響彈”、大型煙花的“百鳥齊鳴”、空中禮花的“雷鳴花開”等等絢麗多彩的煙花盛宴。
圖片來源：知乎
By 勿用
4
Q
加濕器為啥加進去的是水，噴出來的是霧？
by 馬祥越
A
加濕器根據加濕原理一般可以分為5大類，分別是超聲波加濕器、純淨型加濕器、電加熱式加濕器、浸入式電極加濕器以及冷霧加濕器。
常見的超聲加濕構造如上圖所示，其主要工作器件為超聲波震盪片，超聲加濕的第一步是通過振盪電路對換能器激勵，利用換能器件的自身壓電效應，使得震盪片產生超聲頻機械振動使得震盪片自身產生超聲頻機械振動。第二步是震盪片的振動傳導到水中，是液態水霧化，也稱為空化作用。採用電子超頻震盪(震盪頻率為1.7MHz,超過人的聽覺範圍,對人體及動物絕無傷害)，通過震盪片的高頻諧振，將水拋離水面而產生自然飄逸的水霧，不需加熱或化學藥品而產生1-10μm的水顆粒漂浮於空氣中，達到空氣濕潤效果。第三步是通過出風口將霧化後的水汽吹出，達到降低室內濕度的目的。
參考：空氣加濕器
By 勿用
5
Q
鐳射紙是什麼原理？
by 匿名
A
鐳射紙，全稱鐳射噴鋁紙，是將激光全息的圖案或文字信號通過模壓的方式加載到噴鋁紙的表面而成。
噴鋁紙按生產工藝可分為直接法和轉移法兩種。直接法是將紙直接置於真空鍍鋁機進行噴鋁的方法。這種方法僅限於薄紙噴鋁。轉移法是將PET膜或鐳射PET膜置於塗膠紙或紙板複合，再將PET膜剝落（PET膜可反覆使用多次），鋁分子層通過膠粘作用轉移到紙或紙板。轉移法可以生產光芒四射的任意圖案、任意文字的鐳射防偽真空鍍鋁紙或紙板。鐳射紙運用的是全息照相的原理，利用激光照射物體產生的光與分光鏡產生的同相位的激光在感光底片上干涉疊加，感光底片將與物光有關的振幅和相位分別以干涉條紋的反差和條紋的間隔記錄下來，經過適當的處理，得到的全息照片。當用參考光照射在全息圖上時，發生衍射，在某些特定的方向就會看到物體的再現像。
By 勿用
6
Q
電腦黑色的壁紙會比白色的壁紙省電嗎？
by 匿名
A
這個結論並不唯一，要看你的電腦屏幕是那種類型的屏幕具體分析。
現在大家使用的電腦顯示器絕大多數都是液晶顯示器。液晶顯示器本身並不會發光，而是分為兩個部分：液晶面板和背光模塊。只要你不關閉屏幕，背光模塊始終在發光，而開關掌握在液晶模塊手裏。液晶模塊中的液晶分子僅允許特定方向振動的光通過，有光到達前面板的像素點，在人看來就是亮的。
主流的液晶顯示屏技術分為三類：TN，IPS 和 VA。區分的方式很簡單，一般來説 TN 屏可視角度較差，不是正對着屏幕的話，看到的屏幕顏色會失真。而 VA 屏和 IPS 可視角度會大很多，屏幕看起來更加均勻。對於 TN 屏來説，液晶分子在不加電壓的情況下呈現螺旋狀，正好允許光通過，此時屏幕上對應的像素點是亮的。而在晶體管施加電壓後，液晶分子變成同一取向，此時對應屏幕上的像素點是暗的。所以如果你的電腦屏幕是 TN 屏，黑色的壁紙會比白色的壁紙稍微費一點電。而 VA 屏和 IPS 屏幕正好反過來，液晶分子默認不通電的情況下不讓背光通過，屏幕是暗的，所以使用黑色的壁紙則會稍微省一點電。
悄悄話：其實比起顏色，將屏幕的亮度調低，使用時間就能顯著延長哦。
By Cloudiiink
7
Q
為什麼十五的月亮十六圓？
by 匿名
A
民間之所以有“十五月亮十六圓”一説，是因為月球在橢圓軌道上繞地球轉動，從一個滿月到下一個滿月，平均需要29天12小時44分鐘。在“望”時，月、地、日最接近一條直線，月亮因此也最圓、最亮。但由於月亮轉速有快有慢，因此每次抵達“望”的時間不同，大多在每年的農曆十六日甚至十七日凌晨。
那麼為什麼月亮大多會在16日抵達“望”呢？知乎大佬@北極對此現象做了詳細的詳盡的調研和分析。首先，根據萬年曆的數據，大佬統計了公曆2005-2020年的滿月公曆日期和農曆日期，從2005.1.1到2020.12.31期間共有198個滿月，統計滿月日期結果如下：
統計上述期間的朔望時間差，即滿月日和無月日之間的時間差，得到下圖：
平均時間月為14.77天，小於15天。現實卻實是十六滿月更多，難道數據出了什麼問題嗎？問題出在月初是以公曆“天”為單位的，不管朔月出現在這一天的凌晨、中午、下午、半夜，只要朔月在這一天，這一天就是初一，但初一的實際起點可以是24小時以內的任何時間，統計朔月在一天內的實際時間分佈，得到：
發現朔月的分佈時間在24小時內幾乎平均分佈，其平均值約為0.49天。
據此我們計算出平均望（滿）月的出現時間為：滿月時間（平均）=朔月時間（平均）+朔望月時間差（平均），得到平均出現望月的時間為15.26天，大於15天，由於計算的滿月時間為天數差值，從第一天算起還得加上一天，據此得到所謂“十五的月亮十六圓”！
by****勿用
