灯光可以用来太阳能发电吗？| No.305_风闻

我有一个想法

如果我们在太阳能发电厂装上灯

晚上不就也能发电了

王多鱼：我投了

那么室内光可以驱动太阳能设备吗？

Q1为什么在显微镜当中目镜越短倍数越大，物镜越长放大倍数越大？by 匿名

答：显微镜原理：物体AB通过物镜成实像A’B’，A’B’位于目镜前焦面F2处（或在目镜前焦面以内，靠近焦面处）；A’B’经过目镜以近似平行光出射，生成正立放大的虚像。

显微镜的设计中，为了实现操作的方便与快捷（即在保持物体位置不动的情况下，更换物镜和目镜放大倍率，始终能够得到清晰的像，并且位于视场中间），需要保证物镜的像面A’B’始终与目镜的前焦面F2重合，不需要重新调焦，物镜和目镜的相对位置满足齐焦的条件。

齐焦条件：光学筒长Δ随物镜焦距f1’的不同而不同，但是由物平面到像平面的共轭距M是确定不变的。选择不同光学筒长Δ时应保持M值不变。

简单来说就是由于镜头放大倍率越高，焦距越短，高倍物镜成像的工作距离W.D.更短，离样品更近，所以镜头更长；为了保持目镜焦距与物镜像面A’B’重合，高倍目镜镜头更短。

参考资料：

国科大应用光学PPT

迟泽英, 陈文建. 应用光学与光学设计基础[M]. 高等教育出版社, 2013.

by 荔枝果冻

Q.E.D.

Q2为什么RNA不能形成双链结构替代DNA成为遗传物质?by 薜荔

答：其实这个问题比较复杂，水平有限只能简要回答。首先要说的是RNA是能形成双链结构的，比如虽然是单链结构但自身可以形成稳定配对的转运RNA。但RNA不能形成DNA那样长且稳定的双链，所以无法替代DNA形成细胞生物的遗传物质。

DNA（脱氧核糖核酸）与RNA（核糖核酸）的化学性质十分相似，区别只在于DNA多了一个”脱氧“，如下图所示，二者的区别在于圈出的2’位。

虽然看起来差别不大，但如果RNA形成双链，2’位上多出来的氧原子会在双链内部互相挤压，导致其空间结构不稳定，容易解链。此外，RNA多出的-OH具有较高的反应活性，容易断链，因而不能像DNA那样形成长且稳定的双螺旋结构。

对细胞生物来说，其遗传物质必须包含形成一个或各种细胞所需的全部信息，而且必须具有一定的稳定性，才能保证下一代细胞可以正常进行各项生理活动。RNA不能形成长而稳定的双链结构，单链结构又不够稳定，因而不是遗传物质的好选择。不过，很多病毒是用RNA作为遗传物质的，因为病毒并不具有细胞结构，而是依靠宿主细胞进行生命活动。RNA容易突变的特性反而给了病毒更多的变异机会，以此筛选出更适合的变种来侵染更多细胞。

参考资料:

[1] 为什么 DNA 能形成双螺旋结构（并成为主要的遗传物质）而 RNA 不能？

[2] Rana, T. Illuminating the silence: understanding the structure and function of small RNAs. Nat Rev Mol Cell Biol8, 23–36 (2007).

by fiufiu

Q.E.D.

Q3请问室内光源和太阳光的区别在哪里，室内光可以驱动太阳能设备吗?by 无衣

答：室内光源和太阳光的不同主要在于光谱分布不同。我们知道光其实是一种电磁波，而电磁波可以有不同的波长；对于不同的光，其组成中不同波长的电磁波的“含量”不同，通过光谱分析的方法，可以得到不同波长的电磁波的“含量”，这一含量用光照强度（也就是能量）来表示。下图给出了日光和几种常见室内光源的光谱，我们可以很清楚地看到其光谱组成大不相同。

至于说室内光能不能驱动太阳能设备，要回答这个问题首先需要说明“太阳能设备”的工作原理。一般太阳能设备是指硅光电池，而硅光电池的工作原理是所谓的“光生伏特效应”：当光照射到硅光电池上时，光的能量会被电池吸收（严格的说，是光子能量被硅晶格吸收），从而使正负电荷（电子受激跃迁形成自由电子，留下带正电的空穴）分离并在电池两端聚集，电池内部产生电场，从而形成电势差。如果用导线将电池的两端接起来，那么由于电势差的存在，就会有电流流过导线（这时的电流称为短路电流）。要使光子的能量能够被吸收，需要光的波长满足一定条件，对于硅光电池而言，波长需要在400～1100nm的范围内才能被有效吸收。结合上图，我们发现太阳光和室内光都满足这一条件，所以室内光也能驱动太阳能设备。值得说明的是，不同波长的光，其光能被电池吸收转化为电能的比率是不一样的。同等光照强度下，不同波长λ对应的短路电流（）大小如下图所示：

参考文献：

[1]王殿元,王庆凯,彭丹,吴杏华,曾玮,郭艳艳,王佃文.硅太阳能电池光谱响应曲线测定研究性实验[J].物理实验,2007(09):8-10.

[2]宋爱琴.硅光电池特性的研究[J].实验室科学,2011,14(02):102-104.

by 已命名

Q.E.D.

Q4神舟13号回来了。看着很是激动同时又很好奇：在返回舱触地的一瞬间，受力多少呢？整个返回过程航天员是哪个阶段承受加速度最大？by 匿名

答：返回舱的再入返回过程非常复杂，为了回答以上两个问题，请允许我较为详细的介绍一下航天器返回的几个阶段。（PS：最后一段对问题的回答进行了总结）

环绕地球运行的飞船，脱离原来的运行轨道，并转入进入大气层的运行轨道，须经历制动段和进入轨道过渡段两个阶段。该过程中航天器进行姿态调整，改变速度大小和方向，为进入大气层做准备。如下图所示，过渡段的轨道与地球稠密大气层的上界相交于E点，E点即是过渡段的终点。

制动段和过渡段 | 图引自参考资料[3]在进入段，返回舱以高速进入大气层，对迎面的大气猛烈压缩并与之摩擦，表面温度急剧升高，返回舱速度下降，这是进入过程中环境最复杂恶劣的一段。而后，开始采用降落伞减速，这一段称为下降段。以神舟号飞船为例，在离地10km时，伞舱盖弹出，拉出导引伞，随后面积较小的减速伞打开，将返回舱的速度由每秒两百多米降至每秒数十米；在8km高度，减速伞与返回舱分离，面积较大的主伞打开，垂直速度逐渐降至8m/s左右。最终的一段称为着陆段，在离地1m处，着陆反推发动机点火工作，再次制动，返回舱以3m/s左右的垂直速度落地实现软着陆。

下降段降落伞减速 | 图片源自网络整个返回过程中，航天员承受的加速度（过载）主要有以下几个部分：

气动减速过载。航天器的返回方式可分为弹道式（升力很小）、半弹道式（升力与阻力的比值小于0.5）和升力式（升力大于阻力，如航天飞机）。美苏最初的载人飞船返回舱采用弹道式返回，最大过载在10g左右。而半弹道式返回由于最大过载低、落点控制更加准确，因此之后被广泛采用。神舟号飞船即采用此方式返回，其最大过载为3.22g。

开伞冲击过载。开伞过程中会突然减速，产生过载。最大开伞冲击过载不大于5g，过载大于3.5g的时间小于等于0.5s。采用多级开伞的方式，有效降低了过载。新一代的载人航天器，还会采用可控滑翔伞技术、甚至不需降落伞的发动机减速，这样，下降段的过载会进一步降低。

着陆冲击过载。着陆方式有海上溅落、气囊缓冲着陆、反推发动机着陆、着陆腿着陆等方式。神舟号飞船采用反推发动机着陆，着陆时，返回舱的冲击过载在20g到50g之间。借助于返回舱底部缓冲结构和座椅缓冲系统的缓冲，航天员承受的冲击过载为10g左右（胸-背部方向）。

返回舱构型、布局及着陆方式 | 图引自参考材料[5]总体来说，加速度最大的过程是着陆的瞬间冲击过程，此时航天员（按60kg计算）瞬时受冲击力约为6kN；返回舱（按3t计算）冲力估计在10^6N量级。另外，火工品（点火装置、爆炸分离装置等）工作时也会带来瞬间的冲击。返回过程中各个阶段过载的降低，是许许多多的科学家在大量的设计、测试和改善后得来的。在未来，回收着陆系统还会为越来越多的航天员的安全和健康保驾护航。

参考资料：

[1]李惠康.载人飞船回收着陆分系统简介[J].载人航天,2004(02):27-30.

[2]戚发轫,张柏楠,郑松辉,杨宏,张庆君,白明生.神舟五号载人飞船的研制与飞行结果评价[J].航天器工程,2004(01):1-14.

[3]荣伟等编著.航天器进入下降与着陆技术[M].北京：北京理工大学出版社.2018.

[4]杨宏等编著.载人航天器技术[M].北京：北京理工大学出版社.2018.

[5]朱光辰.载人飞船返回舱再入着陆力学环境防护技术改进[J].航天返回与遥感,2010,31(05):9-15.

by 小小羊

Q.E.D.

Q5

乒乓球中遇“霸王拧”该怎么回球呀？by C.P.A Grant

答：提前预判落点后的轨迹+朝球旋转的反方向拉回去

脑子：我会了；手：不你不会 | 图源：2015波兰乒乓球公开赛男单半决赛“霸王拧”这个说法其实就是“台内反手拧拉”的中二版，只不过从张·帝国の绝凶虎·继科把它发扬光大后，网友们给它起了个具有传奇色彩的名字。同理，如果你用我讲的方法把球拧拉回去了，也可以给这套方法起名“高祖拧”。

首先让我们解构一下“霸王拧”的霸道之处。在击球前，对方会把手臂拧成S形，再以し形挥拍，以在有限的台内空间增加拧球距离，达到两个致命效果：快速又诡异的路线和击球时强烈的侧向偏转。

S形引拍和し形挥拍 | 图源：参考资料[1]诡异的路线分为空中的弧线和在球桌上反弹的转折。空中的弧线来自于马格努斯效应，它是伯努利原理的一种应用。例如，下图中顺时针旋转的球向右飞时，空气相对于球向左运动，球的下侧也向左运动，使空气流速变大；球的上侧向右运动，使空气流速变小，从而产生一个向下的压强差。足球中的香蕉球也是这么来的。

马格努斯效应 | 图源：Wikipedia把上图顺时针旋转90°，就能明白Fegerl是怎么被藏獒打懵的了。至于球桌上反弹的转折和击球时的偏转，都可以归结为侧旋导致的摩擦力。这里我们换一个更明显的例子来分析。

像极了被大佬吊打的我.gif | 图源：Pongfinity@bilibili[3]以黄衣运动员的俯视视角来看，在击拍的瞬间，顺时针侧旋的球相对接触的拍面向左运动，从而受到向右的摩擦力，不加控制的话球就会向右偏转飞出。一种正确的回球做法是，黄衣运动员向右拉球，让球改为逆时针旋转，在抵消偏转的同时还可以进攻红衣的右侧空档。

在对手拧得并不旋的情况下，稍微向球偏转的反方向侧一点拍面，然后快攻过去也是可行的。具体情况还得随机应变，球无定法，理论分析了再多最后还得靠身体跟上才行。不说了，我继续练球去了~

参考资料：

[1]陈黎.乒乓球反手台内侧拧技术的力学原理[J].山东体育学院学报,2007(02):95-96+105.

【 霸 王 拧 】教 你 做 人

旋 到 没 朋 友

by 牧鱼

Q.E.D.