童年迷思：為什麼一個字看着看着就不認識了？| No.301_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2022-04-04 16:54
原創：中科院物理所
開局貓貓鎮樓！！
再讓你們説我們標題黨
話説回來
小時候想必大家都有這樣的經歷
當一個字出現在眼前
的次數比較多時
好像突然就不認識了
這究竟是為什麼呢？
Q1回南天為什麼這麼潮濕？by 匿名
答：回南天是指冬去春來之際，部分南方沿海地區會變得非常潮濕的氣候。這時室內牆壁和地板上會滲出很多水珠，南方人對此苦不堪言。
就我國南方地區而言，造成這一現象的原因主要是兩大氣流的互相battle。來自南太平洋的濕熱氣流和來自西伯利亞的乾冷氣流在立春後變得旗鼓相當，它們在兩廣地區狹路相逢。隨着太陽直射點的北移，濕熱氣流逐漸佔據上風，它們湧進原本乾冷的室內，就會遇冷液化，變成小水珠附着在物體上。
但橫向比較國外其他類似地理位置的地區會發現，我國的回南天尤為嚴重。這就要怪粵北地區巍峨的五嶺山脈了。如果沒有它們，南太平洋的濕熱氣流會勇往北上，最多也就給南方帶來幾場降雨。但有了山脈的存在，濕熱氣流就會被滯留在原地一段時間，這期間，南方人就會感到氣候越來越潮濕。除了常規的抽濕機或空調外，如果你想了解一些non-trivial的防潮手段，可以看看參考資料3。
參考資料：
「回南天」是一種什麼樣的天氣現象，產生原理是什麼，有哪些應對方式？
by 牧魚
Q.E.D.
Q2為什麼擰緊的發條不會立刻鬆開？by 嘿嘿
答：這是因為手錶裏有一些機構將發條釋放能量的過程變慢了，就像一個小球直接從高處快速直接落下和從一個很緩的坡緩慢滾下的區別。至於這個使得發條能量釋放變緩的機構有很多。主要分為兩大類：
一種是通過齒輪系統實現，代表就是芝麻鏈，通過均力圓錐輪利用槓桿原理，改變了力臂進而改變力矩，因此實現發條能量的穩定輸出。這裏的芝麻鏈可以想象成微縮的自行車鏈條，並且齒輪結構也是微縮的各種齒輪組成的系統。
圖1:由芝麻鏈組成的齒輪系統一個是在擒縱系統實現，將輪系傳來的力量提前進行處理，再傳輸給擒縱系統，這樣就能保證緩慢平穩的能量輸出。能量傳導來，附加的彈簧遊絲吸收能量收縮，然後由於金屬彈性又將力量釋放，由於還有一個附加的擒縱叉控制，所以輸出的能量就變得平穩。再將微弱近似恆定的能量傳輸到指針。
圖2:擒縱叉結構圖除此之外還有限位釘，特殊的輪系等機構共同保證發條緩慢而又近似恆定的能量輸出，尤其能量的輸出越恆定對於工藝的要求也就越高，時間也就越精準，這也是為什麼機械錶的價格可以很高的最重要的原因。
by freelance
Q.E.D.
Q3為什麼看一個漢字，看長時間會變得感到不認識它了？by イリヤ
答：好問題。在我還年輕（指頭還沒禿）能一目十行的時候，如果書裏有幾個字詞頻很高，就經常讀着讀着書突然阿巴阿巴，於是不得不放下書本去打遊戲（不是）。
盯着一個字看久了突然不認識，這種現象在心理學上叫做“語義飽和”。我們讀書認字的過程，在神經將視網膜產生的電信號送進大腦以後，還要進行解析字形和將字形連結到語義這兩個過程，比如“藏痴”的“藏”，大腦要先意識到這是一個上面草字頭下面是“臧”的結構，然後把這個結構對應到“cáng”的讀音和相應的意思。語義飽和出現在字形到語義的連結過程中，原因可能是神經在短時間內受到了大量的重複刺激，活動受到抑制，從字形到語義的聯想被阻斷了，識讀失去了整體性。粗略地講，盯着“藏”看得時間久了，大腦負責解析字形的部分仍然意識到了這裏有個“臧”頂着草字頭的方塊字，但是不由自主地覺得草字頭比整個字更有趣，就不再向負責理解語義的部分發送“藏”這個字的整體結構。管語義的神經元只能接收到“502 Bad Gateway”，因此就顯得不認識“藏”這個字了。
語義飽和並不只在生活中帶來麻煩，它還可以用來克服演講焦慮。如果一個人每次説到“藏”都會口吃，那麼可以讓他不停地重複“藏~藏~藏~”，讓大腦受到麻痹，就可以弱化讀“藏”時演講焦慮造成的口吃。
看了這麼多，你現在還認識“藏”這個字嗎？
參考資料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q4香蕉球是怎麼回事？by nnn
答：不知道是否有人像小編一樣，在球場上如果踢出一個香蕉球進門會激動好幾天（雖然可能是詐胡），咳咳，但原理我可是真的知道的。
香蕉球的原理來源自流體力學中的馬格努斯效應：當一個旋轉物體的旋轉角速度的矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力，這個力將會導致物體的軌道發生偏移[1]。
馬格努斯效應示意圖 | 科普中國香蕉球名字的來源也正是因為如此，踢出球的弧度軌道類似於香蕉，而香蕉球最具有代表性人物就是貝克漢姆！
香蕉球實戰示意圖[2]其實香蕉球的原理看似非常簡單，但它的關鍵就在於你的腳觸碰球的那一瞬間發的力不僅要讓球高速向前，而且還需要讓球急速旋轉，加上前方對面球員的回防，你還要考慮球的初始方向和旋轉速度等，這是非常難的（答者就控制不好）！最後如果大家想踢好香蕉球，一定要在場上多加練習，不要僅僅紙上談兵。
參考資料：
[1]王傑.馬格努斯效應的研究現狀[J].科技創新與應用,2020(15):12-15.
by just_iu
Q.E.D.
Q5冰面為什麼滑滑的？by 匿名
答：
圖源自央視新聞這個問題我們在今年寒假的一期推送短道速滑為什麼能“縱享絲滑”？裏解釋過。這是一個困擾了科學家上百年的問題。
法拉第認為人站在冰面上給冰施加的壓強可以使冰熔點下降，冰表面的一部分水融化形成水膜產生潤滑效果。但是定量計算表明人帶來的壓強幾乎不會導致水膜的產生，讓我們來看看具體的計算過程。冰熔化成水的熱力學過程由克拉伯龍方程
給出，等式左方是水P-T相圖固液分界線的斜率，L是相變潛熱，對應於中學物理介紹的“熔化時吸熱不升温”的階段時吸的熱，Δv是熔化前後摩爾體積的變化。對於一個體重70公斤的人，即使踩着一個長50cm，寬1.4mm的冰刀單腳站立，對冰施加的壓強也就只有大約10⁶Pa，壓強的具體計算過程作為一道初中物理題留給讀者作為練習。因此dp=10⁶Pa，再帶入水的相變潛熱，水與冰的摩爾體積之差和常壓下冰的熔點T=273.15K，稍加計算即可得到熔點下降了dT=0.07℃，，相比於北方冬天動輒零下幾度十幾度的氣温，壓強帶來的熔點變化實在可以忽略。所以這次法拉第大約的確是錯了。
水的相圖，來源：wiki現代科學家認為[1,2,3]，温度不太低的時候，冰層與空氣接觸的表面並不是從規則排列的水分子突變成空氣，而是存在一個半熔化的過渡層。過渡層內部具有逐漸變化的結構，從分子排列整齊的晶態冰，到冰水混合物，再到完全的液態水膜。冰水混合物中的微型冰粒通過範德華力和氫鍵之類的弱作用力連結，形成了可以貯存液態水的多孔結構，就像凝膠珠一樣。越靠近空氣，過渡層中水分子的排列就越加無序，液態水就越多，固體冰晶之間的連結也越弱，甚至在水膜中出現了可以自由活動的微型冰碴和冰粒。水膜裏的微型冰碴和冰粒充當了軸承滾珠的角色，它們將滑冰時宏觀上的滑動摩擦轉變為微觀上的滾動摩擦。這就降低了一部分摩擦力。
冰表面的過渡層示意[3]在滑冰的時候，冰刀產生的壓強作用在過渡層中半熔化的冰水混合物上，這些冰水混合物像被捏爆的凝膠珠一樣釋放出液態水。這些水增加了原本水膜的厚度，使潤滑的效果更好，進一步降低了冰面上的摩擦係數。這樣，冰刀就可以在不直接接觸晶態冰層的情況下，通過冰層表面自帶的過渡層減小阻力，實現流暢的滑行。
參考文獻：
[1] Rosenberg, R. Physics Today 2005, 58 (12), 50.
[2] Orem, M.W. J. Colloid Interface Sci. 1969, 31 (2), 278.
[3]王廣振,王文亮,高欣,張樹永.導致冰面極低摩擦係數的原因:研究進展及模型分析[J].大學化學,2019,34(01):33-38.
by 藏痴
Q.E.D.
Q6如何自制一個天文望遠鏡呢？by Maxwell@
答：簡單，把爺爺的老花鏡拆掉，把兩個鏡片疊放在一起就可以了
別笑，最早的望遠鏡真就是兩片凸透鏡疊放在一起，這就是最經典的開普勒折射式望遠鏡。
折射式望遠鏡是利用透鏡對光的折射製作成的，主要有開普勒望遠鏡和伽利略望遠鏡。
開普勒望遠鏡由兩片凸透鏡構成，光路圖如下所示，遠處的物體的光線經過物鏡匯聚之後再焦點附近成倒立的像，調節目鏡與物鏡的距離使這個像正好落在目鏡的焦距以內，這時，目鏡就是一個放大鏡，將該像放大，最終，觀察者就會看到一個放大的倒立的虛像。
開普勒式望遠鏡 | 圖源自參考資料2伽利略式望遠鏡則將目鏡換為凹透鏡，優點是鏡筒短且成正像，但視野比較小。
光學望遠鏡的另一個重要成員是反射式望遠鏡，這種望遠鏡是利用凹面鏡反射線製成的，故名反射式望遠鏡。其原理如下圖所示，光線進入望遠鏡後，經由物鏡（圖中主鏡）凹面鏡反射後，在凹面鏡焦點附近成像，由目鏡（圖中副鏡）反射進入人眼。
圖源自百度百科當然，想要望遠很簡單，望天就需要提高望遠鏡的口徑，望遠鏡的的口徑越大，收集到的光就越多，分辨細節的能力就越強。在這方面，反射式望遠鏡更具備優勢，我們可以利用多塊鏡面拼接成更大的凹面鏡。想了解更多的天文望遠鏡可以看看參考資料1
回到題目本身，想在家制作望遠鏡，折射式望遠鏡比較簡單，畢竟不管是放大鏡還是凹透鏡都更容易獲得，有了兩塊放大鏡，將他們疊放在一起，中心對準，然後調節兩片凸透鏡之間的距離即可實現望遠的功能，放大鏡放大倍率越高，望得越遠。不過想用這種方式觀察天體，你可能得選個大的或近的，看看月亮啊，金星啊，木星的衞星啊啥的還比較現實，別的可能不太行了。至於反射式望遠鏡，凹面鏡可能不太常見，要不把勺子磨一磨試試？
參考資料：
by 霜白
Q.E.D.
Q7跳水運動員如何獲得空中轉體的角動量？和喵咪空中轉體，四腳着地的原理一樣嗎？
by 嚮往未來
答：一樣，又不一樣
我們先看貓，如果從高處靜止狀態釋放貓咪，它會在1/8秒的時間翻轉身體，然後四腳着地。從整體上分析，貓咪的總角動量為零不應該會轉動。但是貓咪畢竟是一個有結構的生物，應該將其拆解來看。下圖使用了簡化的模型，將貓的身體拆分為兩個圓柱，中間的“+”表示四肢。
可以看到，一般貓咪是蜷縮上肢，伸展下肢首先翻轉上半身，緊接着翻轉下肢，一般最後尾巴會轉動翹起。這符合了角動量守恆，因為往一個方向轉動上肢時，下肢就會往另一個方向轉動，伸展下肢可以增加轉動慣量，避免轉動幅度過大。
然後讓我們再看跳水，花滑，體操等運動
羽生結弦蹬地起跳後迅速收攏雙臂，緊繃雙腿控制在轉動軸附近，快速旋轉，並在落地後展開雙臂達到穩定轉動的目的與貓貓不同的是，運動員們在起跳時會主動提供一個角動量，再通過肌體四肢的形態控制轉動的角度。影響運動員空中旋轉動作的因素主要有三個方面：起跳或離開器械時運動員的初始姿態、運動速度、角速度等；空中肢體的動作控制；運動員自身的力學和生理機能。在空中，運動員通過肢體動作如屈體，擺臂，團身等動作，改變身體的轉動慣量，調節翻騰和轉體的速度，從而達到控制運動姿態的目的。
人體的結構不如貓咪柔軟，想像貓那樣快速轉動身體達到調整姿態是很難的，但是在沒有重力的空間站中，卻是可以以這種方式快速調節身體姿態呢。
參考資料：
[1] Marey,M. Des mouvements que certains animaux exécutant pour retomber sur leurs pieds. Lorsqu’ils sont précipités d’un lieu élevé . Comp .Rend. Acad. Aci. Paris, 1894, (119) : 714-717
[4]郝衞亞, 王智, 艾康偉. 運動員空中翻騰和轉體姿態控制過程中轉動慣量的變化[J]. 中國運動醫學雜誌.
[5]辛蒙. 核心穩定性訓練對藝術體操轉體動作完成質量影響的研究[D].西安體育學院,2016.
[6] 中國空間站 - “天宮課堂”第一課 - 2021
by 岷客
Q.E.D.