為什麼説“開水不響，響水不開”？| No.183_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-11-29 12:44
原創：中科院物理所
燒水過程中
水快開了的時候
會聽到“嗚嗚嗚”的聲音
而當聲音開始收，突然變小的時候
水就開了
這就是人們常説的
“開水不響，響水不開”
那麼，開水不響的原因又是什麼呢？
1
Q
在燒開水的時候，為什麼人們常説：“開水不響，響水不開”？
by 匿名
A
當我們在加熱一壺水的過程中，水的受熱是不均勻的，即越靠近壺底（假設底部受熱）的水加熱的越快，此時水中的温度也是不均勻的，當底部水温達到汽化温度（燒開了）時，其他地方仍未達到此温度（沒燒開），底部產生的氣泡同時會因為浮力上浮，在上浮過程中與沒燒開的水接觸發生熱傳遞後，氣泡中的的温度、壓力都會減小，雖説氣泡外部的壓力也會變小，但是外部壓力的變化遠不如內部壓力變化劇烈，然後氣泡就會由於壓力差的原因縮小或者破裂，在水中產生劇烈震盪，這就是我們所説的“響水不開”。隨着對水繼續加熱，整體水温均已達到沸點，此時水中的氣泡不會因為受冷而收縮，相反，氣泡在上升過程中外部壓力減小，從而氣泡會發生膨脹並迅速上浮，沒有明顯的震盪現象，即所謂的“開水不響”。
By Guomazing
2
Q
摩擦為什麼能生熱？
by 匿名
A
首先我們要明白温度是分子無規則熱運動的宏觀呈現，可以理解為一種物體的温度高，物體本身或者物體引起的周圍介質分子的無規則運動越劇烈。當我們通過摩擦生熱，宏觀上可以講機械能轉化成了內能，而摩擦力本質上是電磁相互作用力，若不考慮具體的微觀過程（實際上視情況而定，是幾種複雜相互作用機理的共同作用），摩擦生熱可理解為通過摩擦力這種電磁相互作用力將外力所做的功轉化為了物體的內能。
By Guomazing
3
Q
從光電效應中想到，如果物質被打出電子，逸散到空氣中，為什麼不會使空氣帶電呢？
by 匿名
A
從理論上説，電子在內的電離輻射是可以將空氣電離的，但是這隻在粒子流足夠強的情況下才會有顯著的現象。例如，在地球大氣層中，有一層大氣被稱為電離層。這裏的空氣就會被太陽拋射出的高能粒子（包含了質子電子等高能帶電粒子）電離。
在光電效應的實驗中，兩方面的原因使得逃逸出金屬的電子電離空氣的效應極弱。
第一點，逸散到空氣中的電流很微弱，一般只有10-11安培這個量級，這個強度的電子流是很難將空氣電離的。
第二點，光電效應產生的電子能量非常低，逸出金屬之後的能量只有幾個電子伏特，而擁有0.5兆電子伏特的電子束在空氣中的射程也只有1米左右，所以電子實際上很難飛得足夠遠以引起顯著的現象。
這兩個事實是光電效應實驗中，電子無法將空氣顯著地電離的原因。
By Luna
4
Q
為什麼暗光下相機會產生噪點，而人眼不會？
by 匿名
A
在光線較暗的環境中，光信號產生的電信號相對而言較弱，這時照片的信噪比就會相應地降低，光學和電子學中的各種隨機噪聲引起的噪點就會更顯著，在被拍攝出的照片上噪點也就更明顯。而人眼作為一個光學元件，對光的感知是由視網膜上的視錐細胞完成的，這種感光過程也會不可避免地產生所謂的“噪點”。但是，經歷了成千上萬年的進化，人類的大腦已經掌握了酷炫的全自動連續修圖降噪合成技術，這才讓我們得以在日常生活中幾乎感覺不到這些噪點的存在。
By Luna
5
Q
為什麼百度衞星地圖上的正北方向和故宮中軸線不一致？正午時分影子指向的北方向，和磁北方向，還有衞星地圖上的的北方向有什麼不同？
by 大自然
A
衞星地圖的南北方向和正午時分影子的指向都是沿經線（子午線）的，所有經線交匯於地理北極和地理南極。地理南極和地理北極的連線就是地軸，地球繞地軸自轉。由於自轉與地球自身的重量分佈有關，地軸相對於地球的位置是隨時間變化的，每年移動幾釐米。
地磁南北極與地理南北極是不同的。我們可以把地磁場看成一個磁偶極，即磁感線交匯於兩個極點。地磁場的S極位於北半球，稱為地磁北極，N極同理。由於地球上的物質（主要是液態鐵組成的外地核）分佈在不斷變化，影響了磁場分佈，地磁北極的位置也是不斷改變的，目前，地磁北極的移動大大加快，以每年幾十公里的速度漂移。
磁極的移動路線
故宮的中軸線與子午線是不重合的，逆時針方向偏離子午線2度左右。古代技術水平不夠？不太可能。我國古代天文曆法數學等已經相當發達，早在唐朝就準確測量了子午線，而故宮中軸線是元代才確定的。中國測繪科學研究院的夔中羽老先生髮現，將故宮軸線向北延長，就從元大都（今北京境內）連接到了元上都（今內蒙古境內）。所以，故宮軸線的偏離，或許是古代君王的心之所向。
By Xuan
6
Q
可以不加含鈣的石膏，用其他方法使豆漿沉聚成豆腐嗎？
by 匿名
A
豆漿本身是一種膠體。從原理上講，由豆漿“得到”豆腐的原理在於外加的石膏（主要成分是硫酸鈣）引入了鈣離子，中和了豆漿膠體表面帶的負電荷，膠體的穩定性被破壞，在範德華力的作用下，膠體粒子相互吸引聚集，從而形成固體，也就是豆腐。
在日常生活中，除了用石膏點豆腐，比較常見的還有利用滷水點的豆腐。滷水中的主要成分是氯化鎂，這時引入的就是鎂離子了，而起到的效果是一樣的。
參考：Shimoyamada M. Processing characteristics of soy protein - curdling property of soy milk. J Cookery Sci Japan 2007; 40(1): 37–40 (in Japanese).
By Dannis
7
Q
為什麼用微波爐加熱整個雞蛋會炸，但是如果把雞蛋攪散了再放進微波爐就不會炸？
by 零度酸湯魚
A
在解釋這個問題之前，我們首先來了解一下微波爐加熱食物的原理：簡單來説是靠微波與食物中的水分子或其他相似的“極性分子”發生“共振”，使分子振盪加劇，能量升高。當我們直接把整個雞蛋帶殼一起放進微波爐中加熱的時候（危險操作，請勿模仿），雞蛋內部的水被加熱汽化，但由於有外殼，水蒸氣不能逸出，會導致雞蛋內部壓強增大，當壓強超過蛋殼的承受極限時就會變成“炸蛋”（不帶殼但是蛋黃完整的生蛋也不可以直接加熱）。
但是把雞蛋攪散了再進行加熱，或是把煮熟的雞蛋扎幾個孔，使水蒸氣可以逸出，壓力得到釋放就不會炸了。
不止雞蛋，很多帶殼帶皮的食物比如葡萄、番茄等放進微波爐直接加熱都會有爆炸的危險，所以大家在使用微波爐的時候，不要圖方便而把整個雞蛋放進去加熱，“炸蛋”有危險，加熱需謹慎。
By 懶懶的下午三點半
8
Q
許多實驗需要在微重力甚至完全失重情況下進行，科學家在地球上是如何創造微重力環境的？
by 匿名
A
眾所周知，重力的大小跟重力加速度密切相關，所以我們常用重力加速度g來衡量重力的大小。微重力指的是有效重力（重力與運動所產生的慣性離心力的合力）很小，而不是實際受到的重力小（微重力這一概念嚴格講是指10-6×g的有效重力加速度）。因此，消除重力效應可以有消除重量感知和消除加速運動兩種基本途徑。
消除重量感知可通過實驗平台與物理“等效”下落的方式實現，比如落塔中的自由落體和軌道飛行器的橢圓飛行。消除加速運動則可通過密度匹配、利用浮力平衡重力等方式可實現對物體的懸浮，以使其終末速度（terminalvelocity，即經平衡後物體的最終速度）最小化乃至為零。地球表面微重力環境或效應模擬的技術和裝置主要包括兩類：
①基於“消除重量感知”途徑：包括落塔(落管)、自由下落裝置、鐘擺等；
②基於“消除加速運動”途徑：包括迴轉器、旋轉（灌流）生物反應器、磁懸浮裝置等。
By 懶懶的下午三點半