童年迷思：玻璃珠裏的花紋是怎麼形成的？| No.264_風聞

原創：中科院物理所

　　小學的時候大家口袋裏總要裝幾個彈珠

　　下課後就互相比誰的珠子多誰的好看

　　在那時的我們眼裏

　　一顆看似廉價的玻璃珠

　　卻是不可多得的寶貝

　　就像我們普通卻又難忘的童年一樣

　　那帶花紋的玻璃珠是怎麼做出來的呢

　　**Q1****為什麼用塑料瓶裝熱水，塑料瓶會變小？不是説熱脹冷縮嗎？**by 銘晃

　　答：

　　這個問題得從塑料瓶的生產工藝説起。以當今使用量最大的PET瓶為例（題主所説的裝熱水會變小的塑料瓶一般就是PET瓶），這裏簡單介紹下其常見的生產工藝-吹塑成型：熱塑性樹脂經過處理得到塑料型胚，趁熱置於對開模中，通入壓縮空氣，使型胚緊貼在模具內壁，經過冷卻，脱模，最後獲得我們的塑料製品。而像我們常用的礦泉水瓶之類的一般是注射吹塑獲得的。而塑料瓶的生產過程中有兩個特性值得我們注意：一是熱塑性，二是內部應力（應力結構來源於大分子的取向）。而當你拿熱水倒入塑料瓶中，塑料由於温度高，熱塑性就會使得其具有流動性，如果你持續加熱，最後塑料肯定就"抱"（收縮）成一團了（表面張力的作用）。軟化的同時，內部應力結構（大分子的取向被破壞）也逐漸消失，整體就越來越像一灘“水”了。

　　此外，熱脹冷縮指的是體積，而塑料瓶變小，其實指的是內部空間（容積）。

　　by Aaron Chen

　　Q.E.D.

　　**Q2****把一張紙豎着並使其一部分浸入水中，為什麼水面以上的一部分紙也會濕？為什麼再往上一部分不會濕？**by 催更《一分鐘物理》3！！！

　　答：

　　我們在No.229 Q1中提到過紙張中有大量的纖維，它們之間有極小的縫隙，因此形成了毛細管。而紙在水中是會被浸潤的，毛細原理使水快速的進入纖維縫隙之間。而濕潤的紙和水之間存在表面張力，同時，水面以上的水又會受到重力，以及毛細管壁的阻力（阻止水向上繼續擴張），因此水會蔓延到水面以上一定高度，此時這三個力平衡，就不會繼續向上浸濕了。

　　by Aaron Chen

　　Q.E.D.

　　**Q3****冰西瓜比常温的甜嗎？**by Hazellll

　　答：

　　冰西瓜永遠滴神！！！沒有冰西瓜的夏天是不完整的！！！

　　因為夏天的炎熱，所以我們對冰鎮的食物毫無抵抗力。本就甜美多汁的西瓜在冰鎮後甜度更上一層，但這份“甜美plus”是真實存在的嗎？還是我們的心理作用？事實證明，冰鎮真的會讓西瓜更甜。西瓜中含有蔗糖、葡萄糖和果糖等，其中果糖又被稱為最甜的單糖，而果糖一共有三種類型：α-D-呋喃果糖、β-D-呋喃果糖和β-D-吡喃果糖，三種果糖中吡喃果糖相對沒那麼甜，但隨着温度降低，吡喃果糖會逐漸轉化為呋喃果糖，這樣整體嚐起來甜度就變高了。所以冰西瓜確實比常温的西瓜更甜，並非我們的心理作用。

　　參考資料：為什麼冰過的西瓜更甜？

　　by 懶懶的下午三點半

　　Q.E.D.

　　**Q4****玻璃彈珠裏的花紋圖案是怎麼做出來的？**by 匿名

　　答：

　　不知道有多少讀者的小學課間時光是與各種彈珠一起度過的，透明的玻璃彈珠平平無奇，但一旦中間帶上花紋或者通體是其他顏色，一下子就變得珍貴起來。

　　其實不論是通體透明或是內部有花紋或是異色彈珠，它們的製作流程基本上是一樣的，差別只是在於原料的成分和添加方式。

　　首先我們來了解一下最普通的彈珠的製作流程。簡單來説就是，軟化玻璃碎渣→切割原料→對切割後的原料進行成型與冷卻（整個過程就像揉麪、分成小劑子、搓圓）。關於具體的機械操作原理和過程可以在參考內容中進行了解。而異色彈珠可以很容易想到，其原料是彩色玻璃碎渣，除此之外就沒有特別的地方了。

　　最後我們來揭秘內部有花紋的彈珠製作過程。這種彈珠也叫貓眼彈珠，其內部的花紋在進入生產流水線前就是一些普通的彩色玻璃。貓眼彈珠的原料也要經過軟化，但不同顏色的玻璃碎渣要在不同的容器中進行軟化，在切割時，彩色的部分從中間流出，透明的部分從周圍包裹流下，然後在成型和冷卻的過程中，彈珠會在流水線上旋轉，內部的彩色玻璃就慢慢地變成了各種形狀，最終形成了我們手中的貓眼彈珠。並且由於這個過程是非常隨機的，所以我們幾乎見不到完全一樣的貓眼彈珠。

　　參考內容：玻璃球裏的花紋是怎麼弄進去的？

　　by 懶懶的下午三點半

　　Q.E.D.

　　**Q5****請問淡奶油冰凍後為什麼不能打發了？**by 匿名

　　答：

　　我們先簡單講一下奶油打發的原理，奶油裏主要是乳脂和水，乳脂一般以乳脂肪球的形式存在於奶油中，而它表面存在一層乳脂球膜（由蛋白質磷脂等組成），而打發奶油的過程就打破了這層膜，導致內部的脂肪流出來，而乳膜則趁機形成了新的網絡，把內部少量的水和空氣包圍了，就形成了奶油泡沫。簡單點説，其實就是液體形成穩定的氣泡結構裹住空氣，因此液體的黏性要好一些，表面張力也要適量小一些(加糖也就是這個作用)。

　　而淡奶油冰凍後，內部的水分因為結冰的緣故，這時候其實和攪動類似，乳脂球膜又一次被攪散了，內部的脂肪流了出來，乳脂球膜由由於受到了四面八方的擠壓，許多的球膜都重新融合到了一起，相當於此時內部雖然還是網絡，但是沒有了容納空間，最後就變成了脂肪聚集在一起，水聚集在一起，油水分離了！

　　by Aaron Chen

　　Q.E.D.

　　**Q6****為什麼可以單純通過身體用力來使鞦韆蕩得更高？能量從何而來？**by 匿名

　　答：

　　盪鞦韆過程中人可以通過有規律的站立、蹲下使得鞦韆越蕩越高，這一具體過程為：當鞦韆盪到最高處時，人由站立轉為蹲下、降低重心，這一過程使得鞦韆擺的等效擺臂變長，這樣鞦韆向最低點擺時能有更大的速度，當鞦韆擺到了最低點時候，人再站起來，此時相對於擺動軸而言轉動慣量變小了，由於角動量守恆，鞦韆與人構成的系統動能會增加，而且此時等效擺臂長也更短了，更利於系統往上擺高，以此規律反覆操作可以使得鞦韆越擺越高，直至到達由人力、耗散等因素決定的上限值。這一過程的能量來自於系統的內力做功，也即人在站立蹲起的過程中增加了整個系統的勢能，從而可以使得鞦韆越擺越高。

　　by Crist

　　Q.E.D.

　　Q7****為什麼鐵是灰色而鐵粉卻呈現黑色？

　　by Qz

　　答：

　　首先，金屬中自由電子形成了一片“海洋”——等離子體，決定了金屬對低於其等離子體頻率的光子具有較高的反射率（大於等離子體頻率的光子會被吸收）。而大部分金屬的等離子體頻率都在紫外光區，因此表現出光澤。當然，這一過程和具體的固體能帶也是相關的。同時，光滑平整的界面又保障了其鏡面反射的特點，以讓人眼觀測到金屬光澤。而粉末則由於反射面隨機取向，因此鏡面反射被抑制，導致反射光隨機取向，因此相比金屬光澤會來的黯淡不少。至於鐵為什麼是灰色的，我們可以查一下它的可見光反射率就知道了，鐵在400-700 nm的可見光波段的反射率大約都是60%，因此是灰色的。類似的，我們常見的銀可以反射90%以上的所有可見光，所以是銀白色的。

　　參考資料：金屬和石墨的“金屬光澤”是怎麼產生的？

　　by Aaron Chen

　　Q.E.D.