你儘管睡，擴音器的噪音叫不醒你算我輸 | No.221_風聞

　　上完課昏昏沉沉

　　老師把擴音器取下來

　　突然響起一聲尖鋭的噪音

　　什麼瞌睡的念頭都被打消了

　　但是這噪音是怎麼來的呢

　　Q1****為什麼下雨前白雲會變成烏雲？

by 二氧化硅

　　答：

　　首先，我們需要先介紹一下為何白雲是白色的。我們所見到的雲，無論白雲烏雲，本質上都是非常小的小水滴，而我們所認識到的烏和白的區別，無非就是不同的一大羣小水滴的光學性質的差異罷了。雲滴/小水滴的直徑和光波波長接近，此時小水滴會對所有頻段的可見光進行散射，這種特徵的散射被稱為米氏散射。太陽發出的光線本來就是白的，而云對太陽光的散射依然可以保持各種頻段/顏色比例的相對均等，所以白雲和太陽光的顏色是一樣的。

　　那麼為什麼白雲會在降水前變黑變成烏雲呢？這就涉及光在雲滴中的總透射率的問題。首先烏雲通常比較厚，在降水前，雲中液滴的密度會上升，雲也會變得更濃厚稠密，更厚的雲就可以吸收掉更多的光線，讓更少的光線進入人的眼睛，這就降低了雲朵的亮度。其次在降水前，液滴會變大(在變成降水下落前)，更大的液滴會引起更大比例的光吸收，這就改變了雲的光學性質。從而讓雲變暗。

　　參考資料：為什麼烏雲是黑色的？、Why Are Rain Clouds Dark?

　　by Luna

　　Q.E.R.

　　Q2****為什麼有些東西（比如布）在陽光長時間照射下會褪色而有些東西（比如木頭）則不會？

by 匿名

　　答：

　　日照褪色是一個複雜的物理變化和化學變化過程，對於生活中常見的紡織品，其褪色現象相對來説更明顯，但其實對於木頭而言，在長時間的光照下也會發生褪色或變色現象。

　　對於一些紡織物在日照下褪色的現象來説，可能與紡織物的染色工藝、染料在光照下的化學穩定性以及紡織物的物理性質及環境條件有關。對於特定的染料，在一定波長的光照下會引起其有效成分的分解，外在表現為褪色，這種光照褪色難以避免，但可以通過改進染色及處理工藝、改變織物纖維的理化性質（如調節其酸鹼性、含水量等）或加入一些耐日曬牢度提升劑等方法來抑制日照褪色過程。

　　對於一些經過染色處理的木材在光照下褪色除了有染料發生化學變化引起的褪色，還有木材組成成分的化學結構發生了顯著變化引起的褪色。當然，未經過染色處理的木材也可能出現變色，在光作用下是木材表面組織結構的變化，是一個複雜的光化學作用，是一種光化學變色。這種變色既有吸收光的輻射問題，又有氧化問題。例如落葉松的木素在光照下經過一系列反應形成苯氧遊離基，進一步反應形成苯醌，然後由苯醌形成髮色物質。此外，對於木質素以外成分的光變色而言，則不是形成某種着色結構，而是由於木材中還存在有少量的抽提物，抽提物中的部分物質與木素有相似的結構，在光照下發生氧化分解反應導致的變色。

　　所以，物質在長時間日照下是否褪色或變色主要看其化學成分或理化性質是否發生變化，不同物質或加工工藝都會對這一過程產生影響。

　　參考資料：棉織物日曬色牢度的影響因素分析、光輻射染色木材的變色規律及化學組分結構的變化、木材光變色及其防止的研究進展

　　by 懶懶的下午三點半

　　Q.E.R.

　　Q3****為什麼KTV裏，把話筒頭靠近並對準音響會發出奇怪的噪聲？

by 鼕鼕

　　答：

　　我們一般稱這種現象為“嘯叫”，在KTV或其他室內條件下，由於室內聲學環境複雜且惡劣，沒有經過專業的調音的話，把音響系統打開後，音響效果則完全依賴音響系統的自身，導致聲音渾濁不清、經常出現由於聲反饋而引起的“嘯叫”，甚至系統經常因出現故障而停止工作。（以前在課堂上也沒少出現這種情況

　　）

　　音響系統中的聲反饋是聲場中的一種物理現象，它是由於傳聲器拾取音源的聲波經過調音台、周邊設備和功放放大後，由揚聲器將聲波送入聲場；音源的聲波和諧波在聲場中進行多次散亂的反射後，一部分聲波又重新進入了拾音的傳聲器，經過調音台、周邊設備和功放，再由揚聲器送入聲場中。其中一些頻率的聲波反射比較強，形成了循環放大，產生了“正反饋”，造成某一些頻率聲波被無數次放大疊加、逐漸積累，從而產生“嘯叫”現象，當我們把話筒靠近並對準音響時這種現象尤為明顯。

　　反饋現象產生的原因主要有：擴聲環境較差，建築聲學設計不合理，使場中存在“聲聚焦”等問題，從而使聲場中聲音信號的某些頻率被加強，揚聲器佈局不合理，演唱者使用的傳聲器直接對準音箱聲波輻射的方向，從而使音箱輻射的聲波經傳聲器循環放大，形成了“正反饋”；電聲設備選擇不當，比如所選傳聲器的靈敏度太高，指向性過強；擴聲系統調試不良，有的音響設備處於臨界工作狀態，當稍有干擾時就會產生自激，從而產生聲反饋。

　　參考資料：室內會議擴聲現場調音與聲反饋抑制

　　by 懶懶的下午三點半

　　Q.E.R.

　　Q4****為什麼天氣預報上的颱風都是逆時針旋轉的？

by 陌然FM

　　答：

　　因為我們的天氣預報基本只報道北半球的颱風。所謂颱風，本質上就是高強度的低壓熱帶氣旋。之所以叫低壓氣旋，就是因為颱風眼，也就是下圖中間那個黑的地方氣壓是低的。這樣一來，周圍的空氣就會朝着颱風眼流(空氣會從高氣壓的地方流向低氣壓的地方-如下圖黑色尖頭所示)。

　　因為地球在自轉，在北半球所有運動的物體會受到右手方向的科里奧利力（如紅色尖頭所示），這個力就會讓颱風產生逆時針的螺旋。

　　如果低壓熱帶氣旋發生在南半球呢？南半球的低壓氣旋的科里奧利力會受到左手方向的科里奧利力，那麼氣旋的螺旋就會朝着順時針方向了。

　　by Luna

　　Q.E.R.

　　**Q5**閉上眼睛我們看到的是什麼？感覺不是黑色，有一種空洞虛無的感覺？這是為什麼？by 小傻瓜

　　答：

　　當我們睜眼時，光線進入眼睛，視細胞感受到光線，通過視神經傳遞信號使我們形成視覺。如果我們閉上眼睛看太陽，依然能看到“光”，這其中的原因就是仍然有部分光線穿透了眼皮，進入眼睛刺激了位於視網膜的視細胞。

　　除了光，物理的刺激也可以刺激視網膜上的視細胞進而激發神經信號傳遞。在暗室閉上眼睛後，我們看到的東西就完全來自物理的刺激了。人的眼睛是一個精巧的生物器官，它並不是完全不變的（不像顯微鏡那樣基本是固定的），很多“變化”我們自己都不會發覺。比如眼睛的最主要的組成部分——玻璃體實際上也是在不斷運動的，它會週期性地收縮/擴張。這種收縮和擴張就會直接地對視網膜產生牽拉，這種牽拉就會物理地刺激視網膜產生光感（程度很弱，對非高度近視患者來説不嚴重，只能看到東西但是不會覺得“發光”）。高度近視患者對此感受會強烈一些（有可能看到飄忽的光影），但是這依然是正常的，並不危險（亮度極高的閃光感就很危險了）。

　　總結一下，就算沒有光進入視網膜，人的眼球的各個組成部分甚至周圍的肌肉都有可能對視網膜產生物理的牽拉壓迫，引起光感，這就是我們閉上眼睛所看到的東西。

　　by Luna

　　Q.E.R.

　　Q6****為什麼原子排列整齊的金屬晶體總是不透過可見光，而在一些無機鹽晶體、金剛石等光子可以穿過，非晶體玻璃等也可以透光？

by 好奇是驅動力

　　答：

　　考慮一種材料能不能透過光（對人類來説，比較關心的是可見光波段的透射率），就是要分析材料和電磁波的相互作用，而不是晶格結構。金屬中有由金屬原子的最外層電子逃逸出原子所形成的最外層電子，這些巡遊電子形成等離子體會對光線進行強反射，所以金屬也就不可透過可見光（參考No.212 Q6）。

　　而無機鹽晶體、金剛石雖然和金屬一樣都屬於晶體，但是它們的電子性質和金屬完全不同。無機鹽是離子晶體，以NaCl為例，Na原子多餘出來的電子被Cl原子捉走了，所以NaCl中絕大多數電子都被束縛在原處無法巡遊，也就比較難參與巡遊電子對光的吸收作用。但是這並不意味着離子晶體對光都“置若罔聞”。對離子晶體來説，中國的著名物理學家黃昆先生曾經得到了離子晶體的極化和電磁波發生耦合的規律——黃昆方程。這個方程告訴我們，離子晶體中雖然沒有自由電子參與和電磁波的相互作用，但是極化可以。所謂極化，就是正負離子各自相向離開它們原本所處的位置。因此，不同的無機鹽也會有不同的顏色：比如藍色的硫酸銅，紫黑的高錳酸鉀等等。由此可見，並不是所有光都可以透過各種無機鹽。只有在無機鹽中的極化和可見光波段的電磁波耦合較弱時，可見光才可以透過無機鹽。

　　綜上所述，考慮一種特定材料對特定波長的光來説是否可以透過，其實就是去分析材料中的各種物理結構和這種頻率的電磁波之間是否有耦合，存在強烈的耦合往往就意味着對光線的強吸收。

　　by Luna

　　Q.E.R.

　　Q7****為什麼八大行星運行軌道幾乎在同一平面上？公轉方向一致？

by 任學良

　　答：

　　八大行星的軌道在同一平面上的原因來自於萬有引力，引力會將一切星體拉向星系系統的質心——如果沒有角動量的話。以地球上下落的蘋果為例，靜止的蘋果無法抗拒地心引力，而以第一宇宙速度繞地球運動的蘋果就不會落到地面上。這其中的原因就是角動量“對抗着”引力。

　　在星系形成的時候，總角動量會朝着一個特定的方向，只有這個方向上的運動能對抗引力，別的方向會因為萬有引力的吸引而被“拍扁”。關於這個“拍扁”的過程和更詳細的機制，可以參考為什麼太陽系是平的。最終，我們會得到一個扁的太陽系。

　　不過我們既然已經知道了角動量在太陽系的形成過程中所起到的作用，那麼行星擁有相同公轉方向的原因也就呼之欲出了。太陽系形成早期的星盤擁有着固定且一致的旋轉方向（總角動量方向），在隨後的演化中，在星盤的各個部位上因為引力和吸積形成的行星們，自然也就擁有和星盤一樣的旋轉方向。

　　by Luna

　　Q.E.R.