为什么手指能滑动手机屏幕，手指甲却不能？| No.156_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-05-24 12:08
原创：中科院物理所
手机，作为日常生活的必需品，想必大家都已不陌生，手机屏上跃动的指尖，是"刷微博、逛淘宝、发朋友圈"永恒不变的信仰！
本期物理君为你解惑——
为什么手指能滑动手机屏幕？
什么样的材质能滑动手机屏幕？
屏幕沾水会怎样？
最后，请拿起手机，用您灵巧的手指，向上滑动，享用“一问一答”为您呈现的知识盛宴吧！
1
Q
为什么钢化玻璃敲边缘比敲中间容易碎？
by 狒狒
A
先介绍一下钢化玻璃是怎么生产出来的。一种生产钢化玻璃的方法是将普通退火玻璃加热到软化温度，然后再将其急速冷却。急速冷却过程中，玻璃表面被冷却至退火温度以下，快速硬化，形成固态外壳；而内部的玻璃还处于液态，慢慢冷却时会拉着固态外壳收缩，让表层玻璃（固态外壳）受到巨大的压应力，相应地，内部的玻璃则被固态外壳拉向四周，受到的是张应力。鲁伯特之泪也是这个原理。
当钢化玻璃受压时，外力首先要抵消玻璃表层的压应力，从而提高了玻璃的承载能力。从这我们可以知道，钢化玻璃抗冲击性能好的原因是其表面具有压应力。但是钢化玻璃的边角区域往往会应力集中，属于比较脆弱的区域，因此敲击边缘容易碎。汽车的侧窗玻璃就是钢化玻璃，细心点就能发现，逃生锤的使用指南上说要敲击侧窗玻璃的边角，原因就是敲击侧窗玻璃边角容易使玻璃出现裂缝，进而应力释放会让整块玻璃碎成渣渣，便于逃生。
By 重光
2
Q
为什么远程输电要用交流电呢？
by 匿名
A
当电流I通过电阻值为R的电阻时会产生热量，所产生的热量Q=I2Rt。
电线存在电阻，因此输电的时候就会发热损耗一部分能量，电线越长则损耗的能量就越多。从公式来看，降低R或者降低I都可以减小Q。对于降低R来说就是选择合适的电线材质。
发电厂发出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力，根据P=UI，若提高输电线路中的电压U那么线路中电流I一定会减小，因此能量损耗就小。早期制造高压直流电比较困难，而交流电在技术上要容易很多，因此就一直在发展高压交流输电。事实上高压直流输电具有很多的优点，具有很好的发展前景。
By Patwf
3
Q
正弦交流电的有效值为什么等于最大值除以根号二?
by 惭愧物理生
A
让我们先看一看交流电有效值的定义：在相同的电阻上分别通过直流电流和交流电流，经过一个交流周期的时间，如果它们在电阻上所消耗的电能相等的话，则把该直流电流（电压）的大小作为交流电流（电压）的有效值。
在上述情况中，消耗的电能变为热能Q，单位时间内产生的热量等于电压的平方除以电阻，对于正弦交流电来说，其电压E=Emsinωt，周期T=2π/ω。正弦交流电的电压在随时间变化，要计算其一个周期产生的热量需要进行积分。我们假设直流电的电压为U，电流通过的电阻而R，则有：
，
解上述方程便可以得到：
。
By Patwf
4
Q
游标卡尺的工作原理是什么？
by 匿名
A
游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。主尺一般以毫米为单位，即一格刻度对应1mm，而游标上则有10、20或50个分格。以10分格为例，其10个分格加起来一共是9mm，即每一个刻度对应着0.9mm。
如图所示，被测小球的直径实际长度是游标的刻度0所指的位置。但这一位置位于主尺的两个刻度之间，即其直径在2.2cm到2.3cm之间，只能精确到1mm。十分度的游标卡尺可以提供0.1mm的精度。度数时先读出0刻度左侧的数值，然后再看游标第几条刻度与主尺刻度重合，乘以0.1mm加到主尺度数上即可。
假如游标的0刻度正好处于2.2cm的位置，则游标的刻度10正好位于3.1cm处，因为游标的刻度之间间距为0.9mm，此时前9个刻度都不会与主尺的刻度重合。对第一刻度来说，其位于2.3cm左侧1mm-0.9mm=0.1mm处，因此当游标的0刻度往右移动0.1mm时，其第一条刻度便与主尺重合了，此时测量的长度便是2.2cm+0.1mm=2.21cm。而当0刻度往右移动0.2mm时，刻度1跑到了2.2cm右侧0.1mm处，但此时刻度2则正好与主尺刻度重合了，因此测量的长度便是2.2cm+0.2mm=2.22cm，以此类推。
By Patwf
5
Q
手指能滑动手机屏幕，有些东西却不能。什么样的材质才能滑动手机屏幕呢？
by 石头门
A
现在绝大多数智能手机屏幕都是采用电容式触摸屏，当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。也因此，只要利用的材质和手机屏幕创造电容就行，导体比如说：苹果皮、西瓜皮、香蕉皮等等都能滑动手机屏幕。绝缘体比如说厚纸张、塑料、橡胶是不行的。
此外，当手上沾了太多水时取触摸屏幕，由于屏幕上会产生太多感应位点，无法计算出准确的触碰位置，因此会产生触控漂移的现象，屏幕也就不灵敏了。
By Nuor
6
Q
为什么人会陷入流沙？
by llovemjxy
A
从力学角度分析，人走在任何地面上，都会给地面施加压力。人与地面的接触面越小，则产生的压强越大。所以走在较薄的冰面上时，四肢着地趴着会更加的安全。同样的道理，人走在沙漠里会对沙子施加压力。通常沙漠的沙粒堆积的很密集，沙粒和沙粒之间的空隙很小，且沙粒之间的摩擦力很大，因此踩上去并不会有什么影响。但当沙子中混有水和黏土时情况就不一样了，此时沙粒之间的摩擦力减小，沙子的流动性也在增强，即流沙。流沙常出现在地基不稳的沙漠地带，这片沙漠下边都会有水源。当人踩上去后沙滩hold不住较大的压强就会形变，人脚也就开始下陷。事实上就是重新获得力来与重力平衡的过程，因此人陷入流沙后只要不剧烈的挣扎就不会被淹没。因为沙子的密度比人要大，随着人的不断陷入，所受到的浮力也会越来越大，最终会陷到腰或者胸腔的位置。
By Patwf
7
Q
为什么有些金属离子在水中有颜色而有些没有？颜色又是怎么产生的呢？
by 亦非
A
在水中有颜色的金属离子往往是过渡金属离子。
因为过渡金属有一个未充满的价壳层d轨道，所以过渡金属往往有不止一种氧化态。当过渡金属离子与中性或带负电的配体结合时，它们会形成所谓的过渡金属配合物。配体通过共价键或配位键与中心离子结合。常见配体包括水、氯离子和氨。
当一个配合物形成时，因为有些电子更靠近配体，过渡金属离子的d轨道形状会发生变化，这样就会发生d轨道的分裂：有些d轨道进入高能级，而另一些则进入低能级。这样就形成了一个能隙。电子可以吸收光子，从低能级跃迁到高能级。被吸收的光子的波长取决于能隙的大小。（这就是为什么s和p轨道发生分裂时不会产生有色复合物。因为形成的能隙比较宽，吸收的光子处于紫外区域，肉眼观察不到。）
另外，过渡金属由于具有未充满的价壳层d轨道，所以有人将锌、镉、汞排除在过渡金属之外，因它们有充满的价壳层d轨道。根据化学常识我们知道，**Zn2+**在水中是无色的，这与其d轨道充满了电子有关。
By 重光
8
Q
为什么很多物理方程中都有π这个数？
by 平行宇宙
A
首先，π是数学上的一个定义值，为圆的周长和直径的比值。常见的数学概念三角函数，傅里叶变换，球积分，留数定理，正态分布等概念中都含有π的概念，而又因为这些概念应用极广，引申到其他学科，比如物理，工程，经济等学科，使得π的传播异常广泛。
在物理学中，π这个常数出场率最高的在电磁场方程中，比如说：库伦定律、磁场强度、格林函数等，这些方程中π多多少少都有出现。当以库伦定律为例，在国际单位制（SI）下，其表达式为：
库仑作用力的系数是通过实验测定的，其系数应该为一个定值（高斯单位制规定其为系数为1，国际单位制规定为以上表达，含有π），在推导麦克斯韦方程组时，利用高斯定理需要对电场进行积分，由于球面的面积包含π，引入π的乘法，最后推出麦克斯韦方程组结果中不含有π（当然高斯单位中由于中途引入含有π）。此时可以看出π是由于球面积分的作用引入的。
π另一个出场率较多的是在动量空间中的各种量的求解中，这是因为实空间和动量空间的转化需要做傅立叶变化，在这个过程中，π作为归一化因子引入方程中。计算统计物理的时候，π也会出场，此时其是因为相空间的积分引入的。量子力学中，量子力学中普朗克常量本身就隐含着2π的关系，由于对易关系：
将这个含有π的量引申到量子力学的方方面面。
By Nuor
