你女朋友的头发为什么是卷的？| No.201_风闻

包装礼物的老板娘用剪刀一刮

拉花：我变美了

上课走神用指甲拉一下头发

头发：我变弯了

水果刀刚碰到西瓜

西瓜：我裂开了

Q1:无线充电是什么原理？

by 匿名

答：目前市面上的无线充电方式主要分为电磁感应、磁场共振以及无线电波的方式。下面来简单介绍一下这三种无线充电方式的原理。

1.电磁感应无线充电：

这种方式是目前手机等小型电子产品行业应用最为广泛的无线充电技术。这个充电系统由两个线圈组成，充电底座以及手机终端分别内置了送电线圈（初级线圈）和受电线圈（次级线圈），当两者靠近，送电线圈（初级线圈）基于一定频率的交流电，通过电磁感应在手机的受电线圈（次级线圈）中产生一定的电流，从而将电能从传输端转移到接收端，从充电底座向手机进行供电。但是电磁感应的主要问题是传输距离太短。

2.磁共振无线充电：

为了实现一对多充电，磁共振式的无线充电开始受到关注。磁共振无线充电的原理是通过频率共振进行能量转换，能够一对多进行充电。其中磁振器是由一个小电容并联或串联的大电感线圈构成，通过相同的共振频率来实现能量转移。这项技术的关键和困难之处就在于调频使得两个电路获得相同的频率。

这两种都属于近场无线能量传输，有效充电距离很短。

3.无线电波输电：

这种方式是将电磁波转换为电流，再通过电路传输电流。利用微波发射装置发射无线电波，由微波接受装置捕捉无线电波能量并调整得到稳定的直流电。在三种无线充电技术中传输距离最远，但传输效率很低。无法同时实现安全、远距离、高功率的无线能量传输。

参考资料：手机无线充电为什么还没普及？

by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.

Q2：拿一根头发用指甲拉一下为什么会变卷？

by 匿名

答：这个问题看似生物其实物理。我们的头发实际上是一个形状奇怪的死细胞，主要成分是角蛋白。其微观结构如下：

在拉头发这个过程中改变了头发的微观结构，从而让两边受力情况不对称发生卷曲。从头发的结构来看，外面由鳞片层覆盖，里面的毛皮质和毛髓质则较为坚韧。在用指甲拉头发的过程中，头发上承受的力其实很大，鳞片层会被压得很紧实。在指甲拉过去以后，头发并不会完全回缩，在表面上存在残余的力绷着，这个力也叫应力。在我们拉头发的过程中，两边受力情况是不一样的，这也就意味着相对的两个表面受力情况不同，就像一张弓一样，自然就会变卷了。

头发最后的形状和整个过程中的受力有关。如果你能保证刮头发的过程中受力更大的始终是同一侧，那么你很有可能得到一个个整齐的圆圈圈，拉开就成了螺旋状；如果刮头发时受力更大的一侧比较随机，那么你更可能得到一个混乱的弹簧。当你欣赏这根弯曲的头发时，有时你甚至可能闻到一种焦味（不要问我是怎么知道的），这是因为摩擦生热，破坏了一小部分蛋白质，产生了“烧羊毛”的味道。

相信大家也买过西瓜，有的西瓜在刀刚刚接触表皮切开一点的时候就「嘭」的一声直接裂开，也是因为应力的作用。

by NKXXX、multiversy

Q.E.R.

Q：3唱片的播放是什么原理？

by 帕

答：这首先要从唱片是怎么把声音录下来的开始说起。

我们都知道声音是空气在振动，把这种振动记录下来，并将其刻到唱片上，就能把声音保存下来了。更详细地来说，录音时，利用喇叭拾取声音，利用纯机械的方式或者电学的方式驱动刻纹刀在胶片的表面振动，从而雕刻出声槽，相邻两槽的间距不能太窄，否则要串音。而唱片的播放则是把上述过程逆转过来，利用一个针头获取唱片上沟槽的位置和高度信息，沟槽带动针头移动，利用电磁感应原理，我们就可以把唱片上的信息转换为电信号，之后再经过电路放大，通过喇叭播放出来，就能听到这里面存储的声音了。唱盘不断转动，带动着针头跑遍所有声槽，当唱片转动的速度和录制时的速度一致时，就能把声音还原出来。

不过从这种播放方式里你也可以看到，针头不断划过声槽，不可避免地会改变声槽的形状，所以这种传统的唱片真的听一次就是损耗一次啊……

唱片在电镜下的伪彩色照片，图片来自 bingPS：在Dr.STONE（石纪元）这部作品里面也出现了唱片的情节还有原理解说，动画版在第 24 集，从头开始重建科学的主角一行人播放了跨越千年的唱片，感兴趣的请吃下这波安利~

扩展阅读：黑胶唱片是如何录制声音的？声音图书馆

by NKXXX

Q.E.R.

Q4：为什么水流慢的时候是透明的，而快的时候是白色的？

by 喜欢物理的小张

答：首先，这是由于你洗手的时候不认真，注意力都集中到水龙头出来的水那里了[doge]。（这里顺便提醒大家一定要认真洗手哦~）其次，其实如果是纯净的水，透不透明其实与流速无关的。即使流速再快（不过还是有一定范围的，这里的快是生活中所能遇到的“快”），也会是透明的。那么生活中为什么会有变白的现象呢？

以我们使用的水龙头为例，其实大多数水龙头在出口处都会有一个金属网格，用来过滤大的杂质（一般不会有）。而当水低速通过这个网格时，大多是以接近层流的形式，简单来说，就是均匀的流动，一层一层的。这时空气不会进入水，或者气泡较大不能维持在水流中，又或者由于表面张力气泡吸附在网格上，而流速较低的水无法将其冲下。总之，水内部的杂质较少，故仍呈现透明。

层流和湍流而当水流较快地通过网格时，就会产生湍流，将空气“卷入”其中并将大的气泡“击碎”为小的气泡。此时就会在水流中加入许多的小气泡。那么这些气泡具体是如何使水变白的呢？

对于纯净的水，光在入射后便畅通无阻，直接透过，因此低速流动的水仍然是透明的。但如果水中有许多的小气泡，光在气泡的界面上就会发生反射折射，导致出射的光的方向几乎是随机的。而由于多次反射折射，造成“透明”效果的“直接透射”的光也被极大地削弱了。

实际上右边的光路会更加复杂，但我懒得画了QAQ而激动人心的时刻到了，看到上图，大家想到了什么？对！就是漫反射！

完 全 一 致所以小气泡的加入使得水显得像是在进行漫反射。于是就像一张纸，变成白色的啦！

再补充一点，其实这个现象的关键在于那个网格。如果把网格去掉（妈见打警告），就会发现这种现象明显减弱了。而这时如果还有少量气泡，则可能是由水龙头内部管道表面的不平整造成的。

by 同样喜欢物理的小张（Colliding Paul)

Q.E.R.

Q：5为什么各个星球的时间没办法统一？比如：我在某个星球住1年，有可能会相当于地球的10天。

by 林繄宸

答：既然谈到了“时间”，那我们不得不涉及到相对论了。传闻曾有人问爱因斯坦什么是相对论，爱因斯坦回答道：“当一位男士和一位美女坐在一起一个小时，他感觉只过去了一分钟；当他独自坐在一个火炉旁一分钟，却感觉过去了一个小时，这就是相对论。”很多人听说过类似的但可能版本不同的解释，这些解释听起来只是幽默笑话，但仔细想一下，呀！原来这句话说的是广义相对论。

我们选取理想模型，忽略其他因素的干扰，把美女和火炉比作星球

ü和星球 (Huo lu)，我们假设他们是均匀球且半径相同，唯一差别就是火炉的质量比那位美女的质量大（如果不是这样，我们总可以找到一对火炉和美女满足这样的条件，这样我们就可以继续讨论了。）对于那位男士来说，在美女身旁和在火炉旁边就好比在星球旁边和在星球旁边，这样我们的模型就建立好了，我们要得到的结论是：星球附近的时间比星球

附近过的慢。

根据广义相对论，固有时

（理解为和那位男士相对静止参考系的时间）和坐标时

的关系为

其中

是时空度规的00分量。对于我们的质量不同半径相同的球形美女和球形火炉，经过简单的计算可以得到：

其中是球的质量，

是离球心的距离。这样，选取好的初始条件，我们就可以得到固有时和坐标时的关系：

这个公式表明了离越大质量物体越近，时间过的就越慢。弄清楚这个之后就可以轻松的解决你的问题了，两个星球过的时间之所以不同，是因为处于的时空背景不同，简单的说，星球周围大质量天体越多或者离大质量天体越近，时间就过的越慢。这种引力的时间延迟效应是实验验证广义相对论的重要方法之一。

OK，现在我们通过这个效应将广义相对论用于保健，比如经常和胖子待在一起可以长寿、躺在地板上睡觉比躺在床上睡觉更长寿、绑在火箭上飞向太阳比在地球上更长寿……那么，你能估算出离太阳多近才能和地球上时间流逝速度一样吗？当然啦，这些保健手段赚得的“寿命”完全不够塞牙缝，养成健康的生活习惯、老老实实健身才是正道。

by 海底的大团火焰

Q.E.R.

Q6：时间长了，笔袋里的尺子和橡皮粘在一起的原因？

by 想要所标杯的小可爱

答：这个问题一下子就把我拉回到小学课堂了，这个问题真的困扰了小时候的我很久，直到我换了钢尺。那个时候总是“拔出萝（xiang）卜（pi）带出泥（chi）”，橡皮和尺那叫一个爱得如胶似漆，分开时总是尺上的刻度被印到橡皮上，或者撕下来一层橡皮粘在尺上，但是明明我们也没用胶水，他们俩怎么就搅和在一起了？

主要还是因为他们的成分，塑料尺顾名思义，也是由塑料组成的，而橡皮的主要原料是软质PVC，即聚氯乙烯，这是五大通用塑料之一，并加入了“可塑剂”使得其材质不像普通塑料那么硬，这里的“可塑剂”是一种油状的有机溶剂，能够溶解塑料使其变软。当加了可塑剂的橡皮和塑料尺碰到一起时，由于两者成分相似，可塑剂容易从橡皮经由接触面逐渐扩散至塑料尺中，导致他们粘在一起。

既然知道了两者粘连的原理，正如我开头所说，把塑料尺换成钢尺就不会出现粘连现象了，或者把橡皮和塑料尺分开放就不会粘在一起啦，只要他们不是量子橡皮和量子尺，就不能异地纠缠了[doge]。

by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.

Q7：相对论到底是个(⊙o⊙)啥？

by 物理小白

答：（一句话版：）相对论是20世纪初爱因斯坦提出的，不同于牛顿力学的力学框架，具体分为1905年提出的狭义相对论和1915年提出的广义相对论。——约等于什么都没说，以下请听详细分解╮(╯▽╰)╭

大家可能觉得图中红色的式子非常自然，这正是人们使用了很久的伽利略变换。

但如果把火车上的人换成光，这个式子将不再成立，因为麦克斯韦方程组告诉我们光速是常数。爱因斯坦用狭义相对论(SR)解决了这个问题，而上面的伽利略变换和它所在的牛顿时空观是SR在低速下的近似。整个SR都可以从两条基本假设推出：1）在相对做匀速运动的所有参考系中，物理规律是一样的，2）在双方看来光速是一样的。——我们可以看到狭义相对论正是在维护“运动是相对的”这句有点形而上学的论点。

SR有一些非常反直觉的结论，让人们觉得它奇妙而难懂。其中“尺缩”和“钟慢”最有名：一艘飞船相对我们匀速运动，我们和飞船人会对飞船在行进方向的长度l以及飞船上时间的流逝t有不同的意见：

带’的是地面人的观点，不带的是飞船人的观点。飞船人在飞船以及钟表自己的参考系里，在他们看来该钟表就和我们看地面上的钟表一样正常——回忆“两个参考系的物理规律是一样的”。

再来说说广义相对论(GR)。在SR中，用的都是“匀速运动的参考系”，也叫惯性系。那非惯性系,也就是有加速度的时候怎么办呢？爱因斯坦表示：非惯性系也要遵守物理规律，顺手就把相对论“广义化”了（不是）。GR把“引力”描述成物质和时空弯曲的相互作用，把牛二律升级成测地线方程，是目前描述“万有引力”最成功的理论，历经水星进动、艾丁顿日食(?)、引力波等多次检验！但就是不能和其它三种基本相互作用统一啊（悲）。

by 亓古

Q.E.R.

Q8：为什么水在0到4度时是热缩冷胀？

by 有许多朋友的小问号

答：如果水在 0 ~ 4 ℃ 不是热缩冷胀，那我们就不能在冬天河面厚厚的冰层上滑冰了（危险动作！！！一定不要模仿！！！），水里的小鱼小虾也没法过冬，来年我们就钓不到了（不是）。

其实之所以大部分物质遵循热胀冷缩是因为当温度升高时，物质分子的无规则运动变得更加剧烈，更容易摆脱分子间吸引力的束缚从而变得稀疏，这种情况在相变时也仍然成立。但是水的这种反常行为使得地球上的生命得以生存延续，冬天当水体结冰时由上而下，水里的小鱼小虾们才不至于被迫冬眠。

那么水的特别之处在哪里呢？我们知道水的分子是由一个氧原子连接两个氢原子组成的，而氢原子有一种特别的“超能力”——超级喜欢你（N、O、F原子）——氢键。在水中，某个水分子里的氢原子和相邻水分子的氧原子相互靠近时会产生分子间相互作用，形成氢键，在一水合氨分子，DNA双螺旋结构中也能找到氢键的存在。如下图所示，一个水分子可以通过氢键的作用与另外4个水分子结合。

水分子中的氢键（图源百度）由于水分子间的氢键有特定的长度和角度，使得水分子不能靠得过近且在特定方向上才能形成。温度较高时，水分子无序排列，氢键较少，每个水分子一般只有 1 ~ 2 个氢键，而当温度逐渐降低，水分子无规热运动减弱，分子会逐渐趋于靠近并规则排列，此时一个水分子能形成4个氢键，形成四面体结构，导致水分子之间的距离变大，密度减小，如下图所示。

水分子的排布结构：低密度下的四面体排布（左）和高密度下的无序排布（右）by 懒懒的下午三点半

Q.E.R.