二維碼還夠用嗎？| No.175_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-10-04 14:50
原創：中科院物理所
看我一宿問答，
勝讀一宿書；
你等等，我給你拿
（掃一掃可以提問喲）
作為研究二維碼的偽專家，
本期問答將為大家解惑，
二維碼如何儲存信息的，
二維碼會不會不夠用呢？
1
Q
淘寶賣的吸水除濕袋是什麼原理呢？隨着儲水袋越來越滿，白色的“吸水顆粒”也越來越少，這些白色小顆粒是什麼東西？
by 小西西
A
如上圖所示，吸水除濕袋是主要利用的是一種我們常見的乾燥劑，也就是題主説的“白色顆粒”氯化鈣。其乾燥原理主要是化學乾燥，依靠氯化鈣和水生成水合氯化鈣（潮解過程）。氯化鈣還可以用來乾燥酸性氣體（二氧化硫等），但是不能幹燥鹼性氣體。而且氯化鈣吸水前後很容易觀察出來，我們可以通過觀察除濕袋的情況來進行隨時更換。
By Aaron Chen
2
Q
為什麼粥和牛奶在冷卻時會在表面形成一層膜？
by 布嚕布嚕
A
這層膜就是我們常説的粥皮和奶皮。首先我們從粥和牛奶的成分入手，米粥主要成分是澱粉，而牛奶則主要是水、蛋白質、脂肪、乳糖等。
牛奶中的脂肪是不溶於水的，需要蛋白質將脂肪包裹，形成乳濁液。我們長喝的牛奶一般會經過一些處理，使脂肪球變得相對較小，這樣覆蓋在脂肪球表面的蛋白質膜的張力就不會很大，牛奶長期存放也不會分層。而一但加熱，原本較為穩定的脂肪球結構瓦解，脂肪和蛋白質會散開、上浮。蛋白質相互交聯在一起形成膜，脂肪吸附在蛋白質膜上，這就是我們所説的奶皮。
而粥皮則主要是澱粉，燒粥的時候，澱粉受熱吸水，發生糊化，而冷卻的時候，表面水分散失，導致澱粉鏈間距變小，從而形成網狀的澱粉膜，這一層膜就是我們所説的粥皮。這個過程和紙張的幹、濕同樣都是大分子和水之間的作用產生的結果，可以説在一定程度上相似。
By Aaron Chen
3
Q
為什麼用手刮小票會有黑色紋路？
by Amy Porter
A
生活中常用的小票一般都是熱敏打印紙。其製造原理是就是在原有的紙張上塗一層熱敏變色層，一種在受熱條件下會出現顯色反應的染料。和我們常用的噴墨打印機相比，這個“墨”一開始就在紙上，只是要受熱才顯色。這樣就清楚了，當手指甲快速劃過，產生的熱量就會在小票上留下黑色紋路了！
而熱敏層的質量好壞會決定其使用壽命。我們生活中在超市、外賣還有pos機的小票一般都是最普通的熱敏紙（即紙基上覆蓋一層熱敏塗層，沒有保護層）。這種沒有保護層的熱敏紙很容易變質，因此我們發現小票放幾天就會開始褪色，十天半個月甚至可能都幾乎看不出了。
By Aaron Chen
4
Q
請問二維碼是什麼原理？二維碼會不夠用嗎？
by 追不上烏龜的阿基里斯
A
二維碼和傳統的條形碼（前者存儲信息更多）簡單來説，就是幫數字、字母、符號等信息穿上漂亮的衣服，變成手機相機可識別的黑白塊。説起信息的存儲，大家都會想起具有劃時代意義的存儲偉大發明，二進制。而數字、字母、符號都存在一定的編碼規則，讓其轉化為二進制編碼。在最後這串只有0和1的編碼中，0就是白塊，1就是黑塊，按照8個一組，填到我們的大方塊裏，就是我們看到的二維碼啦！
問答專欄提問專用二維碼，掃一掃就可以提問啦！
當然，二維碼編碼的數量也是存在極限的。就以最大的version 40（QR碼）來説，也就是個(V-1)*4+21 = 177尺寸，也就是177*177的正方形。僅從編碼角度，最多能表示23624bit的數據，根據二進制我們可以知道，單單version 40就可以存儲223624 約 107111種數據，從這個極限來看，目前應該是用不完的。
推薦觀看：《二維碼時代》
By Aaron Chen
5
Q
小編能告訴我做引體最省力的姿勢麼？
by 快要中考的學生
A
一般來説，在中考中，引體向上的要求是雙手正握槓，雙手約與肩同寬。身體呈靜止狀態後，開始第一次動作；屈臂向上引體至下頜超過橫槓上沿，恢復直臂懸垂後為完成一次。
可以看出，引體向上的動作從開始到結束已經被規定好了，所以如果使用所謂的省力當然動作很可能被判為不合格。因此，提高引體向上成績的方法不是找更省力的姿勢而是提升自己的硬實力。引體向上主要用到的肌肉包括背闊肌、肱二頭肌和前臂肌羣。訓練可以針對這些肌肉進行。除了用引體向上這個動作進行訓練外，還可以使用划船（如槓鈴划船）和下拉類動作（如高位下拉）進行訓練背闊肌和肱二頭肌，前臂肌羣可以通過雙手抓單槓進行懸掛來訓練。除了基礎的力量訓練，做引體向上的節奏也會明顯的影響成績。一般採用快速拉起快速放下的節奏效率更高。光靠説無法提高成績，多練才是王道。祝大家考個好成績。
By Nothing
6
Q
臭氧的密度比較大，可是為什麼地球的臭氧層不會下降呢？
by 海勝
A
臭氧層是大氣層中平流層的一個區域，吸收大量的紫外輻射。臭氧層不會下降到地球表面（人站立的高度）的原因主要有兩個，一是臭氧在常温常壓下非常不穩定，會分解為氧氣，且低層大氣沒有穩定的臭氧來源，二是平流層氣流的穩定性，當然最主要的還是原因一。
距離地面大約10km-30km的氣層是平流層，臭氧層主要分佈在平流層的下部，其濃度為10ppm（ppm：百萬分之一），整個大氣層平均臭氧濃度約0.3ppm；在這裏，紫外線參與了兩個反應，首先是紫外線將氧氣分子離解為兩個氧原子，該過程吸收紫外線，隨後氧原子與氧氣分子結合生成臭氧；另外一個反應是臭氧吸收紫外線分解為氧氣分子和氧原子。反應過程如下：
三個過程中臭氧分解時吸收的紫外線波長稍長；最終在紫外線的輻照下平流層形成了比較穩定的臭氧層，濃度維持在約10ppm，其吸收的紫外線波長在200nm-315nm。雖然大氣運動會將一些臭氧帶到接近地表的區域，但其濃度已經遠遠低於臭氧層的濃度了。臭氧具有獨特的魚腥臭味，一般能被人感知到的濃度在0.1ppm，雷雨放電也會在低層產生臭氧，由於濃度低，我們感受到的是空氣的“清新”。
綜上所述，低層大氣自然狀態下有臭氧的存在，但濃度很低；臭氧隨大氣運動下降可以到達地表附近，但濃度很低；平流層氣流較穩定，且紫外線不斷輻照產生臭氧，臭氧濃度大，形成臭氧層，因此臭氧層看起來是一直待在那個高度範圍的（敵不動，我不動）。
另外需要説明的是，紫外線頻譜比較寬，400nm以下的均是紫外線，為臭氧層吸收的是對地球生物危害最大的那部分，稱為紫外B，波長在315nm-280nm，200nm以下的紫外線主要被氧氣吸收，315nm-400nm的紫外線則到達地表，這些長波紫外線有益於皮膚產生維生素D，但過多照射仍然有害，所以假期出遊享受日光浴的同時還要注意防曬呀，秋天的太陽也是很毒的。
By 二十三
7
Q
拿着遙控器向上拋出，接住的時候為什麼會翻面？
by 匿名
A
這也是在小時候很困擾答主的問題，今天拿出來和大家分享一下。以遙控器為例，對於遙控器面板平面A，有短邊中心相連的軸1，和長邊中心相連的軸2，以及遙控器側邊平面B長邊中心相連的軸3，我們發現以1,2,3軸分別向上甩遙控器，對於1，3軸，在往上甩的過程中，是穩定的旋轉的，而以2軸旋轉時，會出現一定頻率的翻面的情況，也就是不穩定旋轉。這個現象其實就對應著名的賈尼別科夫定理（又名中間軸定理），即一個剛體繞着它轉動慣量最大的主軸（第一主軸），或轉動慣量最小的主軸（第三主軸）旋轉時是穩定的，而繞着中間軸（第二主軸）旋轉時則是不穩定的。注意，只有在三個主軸上具有三個不同轉動慣量的物體中，才能觀察到這一現象。
看到這裏肯定有小夥伴一臉疑惑，有沒有簡單點的物理圖像來具象化這個原理呢？
彆着急，聽我慢慢給大家解釋。我們取一個XY平面內的無質量圓盤為例，在X方向的兩個圓盤邊緣處增加兩個較重的質點M，而在Y方向的邊緣上設置倆較輕的質點m，這樣，就有了三個主軸，按照轉動慣量大小排列三軸，次序為Z軸，Y軸，X軸，也就是Y軸即是我們的第二主軸。注意，在轉動的過程中，質點M只受到向心力，從而提供了向中心的加速度（勻速圓周運動）。而我們從圓盤轉動的參照系（非慣性系）下看，此時整個平面上的質點都受到離心力，而離心力和其到轉軸的距離成正比，因此質點m不受力，而M受到離心力（與向心力相平衡）。此時給與一個微擾，讓質點m和M都稍微偏離平衡位置。一方面，輕質點m會由於偏離y軸一點點而受到一點離心力。另一方面，剛性圓盤通過張力使得兩m間的連線仍然與兩M間的連線正交，這些張力的作用是將m質點限制在yz平面內。這樣就會導致轉動過程中出現一定週期的翻轉現象了。
By Aaron Chen
