為什麼塑料袋可以發出那麼大的聲音，每次拆包裝袋都會被狗子聽到？| No.293_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2022-01-28 19:54
每次我偷偷撕開包裝袋
我家狗子總是瘋一般地衝過來
雖然它聽力好
但這塑料袋的聲音也太大了吧
那麼為什麼
薄薄的一層塑料袋
能發出那麼大的聲音呢？
Q1為什麼向雪球上噴灑酒精會有大量雪融化？by 匿名
答：這個問題在原理上其實很簡單，就是水-酒精混合物的冰點會降低。雖然但是，酒精並不能用作融雪劑，除了安全考慮以外，成本也是一個很大的問題。
再多提一句，不知道大家有沒有做過一道高中習題，問你往汽車水箱裏加酒精水箱不會凍裂是什麼原理，和本題其實是一樣的。
不過讀者朋友們可千萬別往汽車水箱裏加酒精，酒精是易揮發液體，其揮發出的蒸氣可與大氣形成可燃的混合氣，有引發爆炸的風險，而且易揮發的特性也容易造成水箱缺水。現在的市面上的汽車防凍液中，起主要防凍作用的是乙二醇，它沸點高，揮發性小，熱穩定性好，混合物冰點低，是比酒精理想的多的防凍劑。
by fiufiu
Q.E.D.
Q2為什麼冬天橋面比之普通路面更易結冰？by 問問題
答：我們可以從熱量散失的角度來看。
首先是熱對流。路面是建在土地上的，而橋樑處於懸空狀態，整體包括（橋底與側面）都暴露在空氣中，而路面則只有一面暴露在空氣中，側面與底面與泥土接觸。與空氣接觸時，熱對流會使表面面散失熱量，而懸空的橋面由於與空氣接觸面積大，散失熱量更快。
再來看熱傳導。普通路面一般使用瀝青混凝土，導熱係數1.05。而橋樑使用會大量採用鋼結構，也會大量使用鋼筋混凝土，導熱係數1.74。這都導致橋樑的導熱率更高一些，因此散失熱量更快。
最後還有大地的保温作用，雖然空氣比熱略高於幹泥土，但由於泥土質量高，導熱性比較差（建築用砂導熱係數0.58），因此，散失熱量時，空氣温度可以很快降低到0℃以下時，而大地只有淺層泥土温度會降低到0℃以下，深層泥土仍有可能保持在0℃之上的温度。這就是地下水常年保持十幾度的原因。因此路面與泥土的温度會成梯度分佈，熱端會向冷端輸送熱量，使路面不那麼冷。
綜上，同樣氣温下，橋面確實温度會更低，更容易結冰，大家冬季行車要注意安全。
參考資料：
by 霜白
Q.E.D.
Q3公交車後門開關門時，為什麼有氣體衝出的聲音？by 匿名
答：公交車後門開關時的噴氣聲其實是氣缸中氣體噴出的聲音。
公交車門的開關是由一套氣動控制系統控制的，執行裝置是一個帶活塞桿的氣缸。司機在駕駛位按下氣動開關後，壓縮氣體通過氣閥進入氣缸，推動活塞桿讓門開啓或關閉。壓縮氣體推動活塞桿的過程中，氣缸運動，就將另一側上個過程中充入的氣體排了出來。我們聽到的聲音就是氣缸排氣的聲音。
那麼，為什麼公交車要用氣動裝置而不用噪音遠小於氣動的液壓傳動裝置呢，因為氣動傳動比較廉價，更適應公交車顛簸的環境。氣動用到的壓縮氣體無需回收，控制一個公交車門也不需要太高的精度和穩定性。至於噪聲問題，其實我們聽到的聲音已經是消聲器處理過的了，聲音並不算大，所以公交車門都是用的氣動傳動系統。
如果你注意觀察的話，大巴車，卡車駐車制動的時候，也會有氣體噴出的聲音，這是因為大型車動能很大，要想讓它停下來需要很大的力，所以需要壓縮空氣輔助剎車，鬆開剎車片需要將壓縮空氣排出，道理都是一樣的。
參考文獻：
[1]徐炳輝.氣動技術基礎知識[J].液壓與氣動.1994,(05) :39-41
by fiufiu
Q.E.D.
Q4為什麼有的黑筆筆芯末端的“油”是無色的，有的是黃色的？by 福清物理小呆瓜
答：當然是因為他們不是同一個“油”。
其實這個“油”叫做隨動密封劑，又叫尾塞油、鋰基脂等。看名字就知道，這種液體會隨着墨水向下流動，起到密封作用，防止墨水蒸發或倒流。這是一種複合材料，主要是在基礎油中加入稠化劑和其他添加劑製得的。
中性筆中的鋰基脂的主要性能指標之一是粘度，這是因為鋰基脂必須隨墨水消耗同步流下去。在生產中，我們需要根據管徑、筆頭以及墨水種類等選擇不同的鋰基脂。舉個例子，在相同的書寫速度下，比較細的管徑墨水流動速度比較快，所需要的鋰基脂粘度就要小一些。而黃色和無色的鋰基脂的粘度便不相同，當然，我們並不能通過顏色去判斷鋰基脂的粘度，還是要根據廠家提供的性能指標選擇合適的鋰基脂。
另外，中性筆在墨水灌裝中可能會有氣泡，我們需要通過離心將氣泡排除，對離心速度、離心時間的不同要求也是鋰基脂生產中必須要考量的；至於其他方面，諸如墨水成分、筆頭等也需要我們研發不同的鋰基脂。
總的來説，你見到的尾塞油可能都長得差不多，但在廠商眼裏，其中的成分會有所不同，顏色上有所不同也就可以理解了。
回到顏色方面，鋰基脂的顏色可能來源於稠化劑。常見的稠化劑有皂基稠化劑、羥基稠化劑、有機稠化劑和無機稠化劑。這其中皂基稠化劑的顏色較深，羥基稠化劑與有機稠化劑顏色較淺，無機稠化劑顏色最淺。當然，不同的鋰基脂會添加不同的添加劑，這也可能造成鋰基脂的顏色不同。
其實提問者見到的黃色不一定就是同一種顏色，我在某廠商提供的資料查到了他們提供的不同型號的鋰基脂，他們提供的顏色大概是這樣的：
後面的數字是粘度 | 圖源自參考資料2啊，你説的黃是什麼黃~
參考資料：
[1]宋翃彬,馮樂剛.中性筆隨動密封劑的研製[J].合成潤滑材料,2009,36(03):6-7.
by 霜白
Q.E.D.
Q5為什麼薄薄的塑料袋在用的時候會發出那麼大的噪音？
by 匿名
答：塑料袋是由高分子材料構成，它的形變是一部分是塑性的，一部分是彈性的。當你把它刷拉刷拉地揉作一團，然後放在一邊，它會慢慢舒展回不那麼壓縮的一團，但回不到原形。這種奇特的性質，説明它在受到外力後將一部分能量貯存為分子勢能，而其餘的能量以聲音的形式釋放出去。
有研究者考察了塑料袋的聲波特性[1]，他們在1秒種內揉搓一團塑料袋，得到如圖1所示的聲波。
圖1 塑料袋的聲波可以看出，聲音是一陣一陣的，離散的，而不是連續的。他們還發現，越厚的塑料袋發出的聲音越響，但次數更少。他們分析道，塑料袋在揉搓後會自發恢復成某種構型，這對應了這團塑料袋在構型空間中的亞穩態。好比一個丘陵，其間遍佈山谷和山頂，一塊圓圓的石頭在這個丘陵中自發地滾動，它可以停在任何一個山谷（亞穩態）中。
圖2 塑料袋不同的亞穩態構型而當外力使塑料袋變形，就好比有個力推動石頭離開山谷。這部分能量變成分子間的勢能。當力推動到一定程度時，塑料袋的構型就會落入另一個亞穩態，就好比石頭翻過了一個山脊，被推到了另一片山谷中。圖1中的每一次的聲響，正對應了每一次塑料袋的構型翻過了勢能山脊，落入另一個勢能極小值所釋放出的能量。聲音的大小應與勢能差有關，但目前並未找到更具體的相關研究。
所以當我們想在電影院偷偷撕開包裝袋吃糖果時，儘管你的動作放得很緩，但它只會讓發聲的頻次變慢，而不會讓聲響變弱，就好比石頭只是翻過山脊的頻次變慢，而當它翻過山脊後，依然會不受控制地重重地落入山谷。
當然，這只是Kramer在文獻[1,2]中的説法，雖然不一定是最終答案，但確實是一個很有意思的模型。至於為什麼塑料分子會有這麼複雜的能量構型，而有類似能量構型的材料是否就會具有這樣的聲響特徵，這個問題就留待後來人繼續研究啦。
參考資料：
[1]Kramer E M , Lobkovsky A E . Universal Power Law in the Noise from a Crumpled Elastic Sheet[J]. Physical Review E Statistical Physics Plasmas Fluids & Related Interdisciplinary Topics, 1996, 53(2):1465.
Why do some types of plastic wrappers make so much noise when crumpled?
by 牧魚
Q.E.D.
Q6為什麼α射線穿透性很差，甚至一張紙便能攔截，卻還能穿透人體組織，對細胞中的分子產生電離效應？by 匿名
答：α射線是α粒子流，α粒子也就是He-4原子核，含有兩個質子和兩個中子。α射線穿透性確實很弱，不但可以被一張紙擋住，也不能穿透皮膚而進入人體組織。只有當可以發生α衰變（放出α射線）的物質被攝入或者注入人體，α射線才會對人體細胞中的核酸等物質造成破壞。也就是説，如果吸入了含有放射性物質的空氣或者攝入了沾染了放射性物質的食物或水，那麼α射線確實可能對人體造成傷害。如果控制好放射性物質的劑量並將其與靶向藥物結合，一同注入癌症患者體內，那麼這也可以作為一種放療手段治療癌症。
參考資料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q7給物體鍍金是怎麼鍍上去的？by 匿名
答：看到這個題目我特別興奮地想把實驗室裏常用的電子束和磁控濺射鍍膜展開成長篇大論，但是轉念一想題目大概還是在問3.5mm耳機插頭之類的工業鍍金。
工業鍍金工藝主要分為電鍍金和化學鍍金兩種［1］，電鍍金的基本原理與高中化學介紹的電鍍原理相同，含金的離子在電解液中在外加電流的作用下沉積到電極表面。只不過由於金的高度化學穩定性，鍍金並不是像化學課本中介紹的其他元素那樣使用簡單金屬離子（比如Cu²⁺之類），而是將金與氰酸根、檸檬酸根等有機酸根組合，使用氰化金鉀、檸檬酸金等物質進行電鍍，最高可鍍得23K金［2］。目前工業上最常用的是氰化金鉀，但是由於其有劇毒，在生產過程中存在安全隱患，因此工業界正在尋找替代品。值得説明的是，文獻［3］中並未提及製成、出售的商品中含有有毒氰化物。
化學鍍金分為置換型和還原型[5]。置換型化學鍍金使用氰化亞金鉀或亞硫酸金鈉作為金源，按照各自的配方[4]配成溶液後通過化學反應將金沉積在鎳層上，鎳將金置換出來。當置換出的金覆蓋住原有的鎳層後，反應隨即停止，一般可以鍍得0.03~0.10μm厚的金層。還原型鍍金的機理比較複雜，目前尚沒有清晰的解釋。還原型鍍金層較置換型稍厚，可達約7μm[5]。
參考資料：
[2]劉建祥,安茂忠,浦建堂,周磊,王曉.電鍍金工藝的研究與應用現狀[J].材料保護,2020,53(08):113-116.
[3]詹秀玲,徐佩琳,馬進,孫滔,楊富國.鍍金工藝的研究進展[J].科技風,2021,(32):150-152
[4]唐春華.現代鍍覆技術 第五部分──其他化學鍍[J].電鍍與塗飾,2021,40(09):691-695.
[5]侯晨曦. 環境友好型亞金配合物的合成及其化學鍍金工藝研究[D].中南林業科技大學,2020.
by 藏痴