為什麼羽毛球那麼“頭鐵”？| No.187_風聞

原創：中科院物理所

作為一隻羽毛球

命運的安排讓他被人抽打

但為什麼每次被打過後

它都會用自己的頭

來迎接下一次即將到來的迎頭痛擊

難道是因為它的頭比較鐵？

或是將它的小屁屁對着剛打過他的人

藉此表達不滿？

1

Q

一隻蚊子飛入一個空瓶而不碰瓶壁，會增加瓶的重量嗎？

by 匿名

A

雖然瓶體作為一個物體自身的質量不會因為飛入蚊子而改變，但是如果這個瓶子被放在了一個秤/天平上，那麼這個秤或天平的示數是有可能改變的。

在瓶中的蚊子，為了克服地球的重力，必須扇動翅膀來獲得一個向上的升力。在得到這個升力的同時，他附近的空氣因為被向下扇動得到一個向下的動量，也就是説他周圍的空氣中會因為蚊子的翅膀扇動總體上有向下流動的趨勢。如果瓶蓋沒有蓋上，那麼這個流動趨勢還有可能會漏到瓶子外面。但如果瓶蓋完全蓋上了，那麼這個力必然會最終被傳導到瓶體。這個時候流動的空氣，持續地撞擊瓶子的底部，相當於給瓶子施加了一個力，使用足夠靈敏的天平或者靈敏的電子秤是一定會看到這股氣流所引起的變化的。

By Luna

2

Q

為什麼風有時能滅火，有時會助燃？

by 匿名

A

眾所周知，燃燒有三個要素：熱量(温度達到燃點)，氧化劑（通常是氧氣），可燃物(還原劑)。

風會增強其中的一個要素(氧氣/氧化劑)而削弱其中另外一個要素(熱量)，還有可能改變可燃物這個要素(效應不確定)。向燃燒中的物體吹過去的風在帶走一部分的熱量的同時，還會給燃燒中的物體帶去更多的氧氣，同時在一定程度上改變了燃燒的方向，也就是火焰的形狀。火焰形狀的改變有可能讓可燃物與氧化劑與熱源分離讓燃燒停止(如吹滅小火的天然氣)，也有可能像山火/火燒赤壁一樣讓火焰點燃更多的可燃物。

蠟燭燃燒的時候，燃燒着的可燃物已經充分接觸了氧氣，這時風一吹，基本沒能增強氧化劑的要素，但是卻大量帶走了蠟燭燃燒的熱量，這時風就是阻燃的。燒紙的時候，如果燒的是一大摞紙，內部是無法很好地和空氣接觸的，這時候如果吹起了一陣風，吹散了這摞紙的同時讓紙張和氧氣充分接觸，就會極大地助燃。

By Luna

3

Q

蒸包子到底是上屜先熟還是下屜先熟?

     by 匿名

A

對於“蒸包子到底是上屜先熟還是下屜先熟”這個問題有很多説法，眾説紛紜。但是物理總是直觀而簡單的：

下層先熟，有實驗驗證。

這是一個6層蒸籠的實驗結果，對最上層和最下層進行測温(表來自於參考文獻)：

這其中的原理也是直觀的:水蒸氣是不斷地從底層向上輸運的，所以底部先熱起來。有些觀點認為水蒸氣都會跑到頂部聚集起來，這是有問題的。因為水蒸氣並不是靜止有限的，而是源源不斷地在被蒸籠的底部補充。所以在蒸包子過程中，底部最先達到100攝氏度，而蒸了一段時間之後，所有的蒸籠內的包子都會被加熱到約100攝氏度。不存在只加熱上層不加熱下層的情況。

參考文獻:周樹民. 敢於質疑 勇於探究——對一道物理競賽題的思考[J]. 物理教師, 2004(10): 21.

By Luna

4

Q

為什麼我們在打羽毛球的時候雖然兩個人是對立面相站，但是羽毛球的尾部始終朝向打球的人呢？

by 匿名

A

這是羽毛球的結構特點決定的。我們不妨把羽毛球分成兩個部分，頭部是軟木，尾部是羽毛，無論迎風逆風，軟木的部分收到的空氣阻力大體上是不變的，而羽毛收到的空氣阻力則很依賴於風和羽毛的方向。

在空氣中飛行的羽毛球，因為氣體動力學的因素，如果羽毛球的飛行方向不是頭部在前尾部在後，那麼尾部(因為羽毛)就會受到相對於前部極大的阻力(如下圖受力分析圖所示)，這一對力會產生一個力矩讓羽毛球旋轉起來，讓羽毛球調整姿態到無法繼續旋轉的狀態，也就是我們平時生活中打羽毛球所遇到的，頭部在前尾部在後的狀態。

結合下面的動圖應該可以很好地理解這個現象：

雖然一開始羽毛球是側面受擊的，但是球拍的打擊已經讓它獲得了向右的初速度。隨後羽毛球尾部因為受到很大的阻力移動速度緩慢，而頭部因為阻力相對較小而速度相對較快，這就讓羽毛球開始了旋轉和姿態調整。這個姿態調整的終點就是讓沒有讓羽毛球旋轉的力矩存在的姿態，這也就是羽毛球穩定的飛行姿態，也是我們玩羽毛球的時候常見的羽毛球的飛行姿態。當然，這個解答是很粗略的，這個問題的嚴格分析肯定得使用氣動力學的模擬和計算。

參考：羽毛球的空氣動力 

By Luna

5

Q

為什麼蝸牛碰到鹽就會變成水？？

by 先進青年

A

蝸牛遇到鹽當然不是變成水，否則鹽焗蝸牛不就成了無稽之談了嘛。

首先，從化學組成上來説，和人一樣，蝸牛也不過是由糖、無機鹽、蛋白質等物質組成的；其次，從生物角度上説，蝸牛如果碰到鹽，蝸牛體表立即形成高滲透壓環境，這時水從高濃度向低濃度擴散，蝸牛就會因失水而皺縮最終死亡，而從蝸牛體內滲出的水很多，導致看上去像是蝸牛碰到鹽變成水一樣。蝸牛的軟體表面有一層黏液,有利於蝸牛的運動和皮膚輔助呼吸，當遇到鹽後,蝸牛的運動和呼吸能力降低，黏液被鹽大量吸乾, 破壞了蝸牛細胞的滲透壓平衡，使蝸牛身體萎縮，細胞缺水，這時的蝸牛好象被曬乾一樣，細胞裏面的水就全出來了。這和用鹽殺死螞蟥一樣，小時候在鄉下老家如果碰到螞蟥爬到身上吸血，家裏的長輩們就會讓你滴濃鹽水，也是為了營造一個高滲透壓的環境讓螞蟥失水而死。

參考：蝸牛遇到鹽就會變成水？

By 懶懶的下午三點半

6

Q

可以直接擠出濃密泡泡的沐浴露瓶子是什麼原理啊？

by 某隻蟲子

A

小的時候，肯定都吹過泡泡吧！吹泡泡的基本原理就是利用肥皂水氣液交界面的表面張力相對純水較小，從而保持泡泡的狀態，即被液體薄膜包裹住的一部分氣體的氣泡狀態。而肥皂水之所以表面張力較小，主要是由於其內部存在的表面活性劑的雙親性分子本質，降低了界面的自由能。

説完了吹泡泡，我們回到這個擠出泡泡的沐浴露瓶子，這個瓶子是怎麼吹出泡泡的呢，是不是瓶蓋裏有圓圈狀的東西呢？Bingo！瓶蓋裏就是有很多這樣的小圓圈呀，也就是我們説的網狀結構啦。

現在沐浴露，吹泡泡的小圈都有啦，還差什麼呢？對，還差吹氣呀！其實在這個瓶子上有一個泵頭，在按壓下，可以完成將液體抽入氣室，同時將氣體和液體一起泵到瓶口的多孔結構(篩網)處，這樣就吹(擠)出泡泡啦！

By Aaron Chen

7

Q

防雷防浪湧排插是怎樣防雷防浪湧的？？

by 薛定諤的切

A

首先，解釋下防浪湧這一概念，即可吸收因為電路在遭受雷擊或設備故障/誤操作而產生的瞬時高電壓/電流，以保護設備不被損壞。

而傳統的防浪湧電路，離不開一個核心器件，即二極管。準確地説，瞬態抑制二極管，當然也有氣體放電管，熱敏電阻，光/磁耦合電路等方式，這裏我們只簡單介紹下傳統的瞬態抑制二極管的基本原理。簡單點説，就是在電路出現異常高壓/高電流時，改變阻態，讓瞬間的高電流有低阻抗導通路徑，同時將異常高壓鎖定在安全水平之內，以保護核心的電路，因此我們往往將它和主電路串聯使用。

By Aaron Chen