1分鐘物理(第二輯)：“中科院物理所”趣味科普專欄（簡體書）

推薦序
還記得你是什麼時候接觸到“物理”這個詞的嗎？又是什麼契機引發了你對科學的興趣？你是否經常在家裡、在課堂上、在旅途中、在閱讀時……突然發出對某個現象的疑問呢？在產生這些疑問時，你都找人提問或自己找到答案了嗎？
2019 年3 月，《1 分鐘物理：“中科院物理所”趣味科普專欄[第1輯]》面世，書裡面238 則有知識、有趣味、有啟發的科普問答，就是從成千上萬個網友的提問中生發出來的。書出版後，很快受到了廣大讀者朋友的喜愛和推崇。在科學普及成為實現國家創新發展重要之翼的今天，科普工作者在感嘆社會公眾對汲取科學知識有著濃厚興趣的同時，也意識到科學傳播工作任重道遠。怎樣以最通俗的方法講述最嚴謹的科學，點燃民眾對自然科學的學習熱情，是我們一直在探尋的科普之道。
同樣在2019 年，中科院物理所微信公眾號創辦後的第五個年頭，粉絲數突破了百萬，承載著創作的喜悅和大家的期待，人氣“問答”專欄迎來了第200 期。在繼續為大家凝練精華的同時，時隔一年，《1 分鐘物理[ 第2 輯]》也“如約而至”。相信讀過第1 輯的讀者對叢書的內容特點和設計風格已經有所了解，為了更好地兼顧科學性和趣味性，第2 輯將所有問題歸納為十大類：力學篇、聲學篇、光學篇、電學篇、熱學篇、雜學篇、自然現象篇、腦洞篇、宇宙篇和學習篇。新的一輯希望能以更細致、更準確的分類，讓讀者更快鎖定想要了解的物理學知識。
在這一年“問答”專欄收到的問題中，我們欣喜地發現，越來越多的粉絲從生活的點滴中捕捉物理學的奧秘：“為什麼濕衣服不好脫下來？”“手機是如何測剩餘電量的？”當然也有在腦洞世界裡的各種思考：“人類若同步同向走路，能否擾亂地球的自轉？”“能用水澆滅太陽嗎？”每每看到這些妙趣橫生的問題，我就忍不住拍手叫好，這些看似“不著邊際”的問題，背後往往蘊含著深刻的科學知識，值得我們去思考去解答。在這些問題當中，很可能就有你一直“憋在心裡口難開”的疑問。
人類對未知無窮盡的探索附加了科學神秘的標簽，生活中無處不在的奇妙現象又揭示出真理就在身邊。中科院物理所播撒的科學種子之所以能夠發芽生長，是因為既立足於融媒體時代多平臺、多形式的傳播手段，也有賴於背後有這樣一群科學知識的“播種者”——熱衷於科學傳播工作的科學家和研究生們，是他們將嚴肅的自然科學講述得如此生動可愛。在這裡，我要對包括本書的參與者在內的所有科普工作者們為科學傳播工作的傾情付出表示感謝，同時誠摯地向讀者推薦《1 分鐘物理》系列科普讀物，希望大家通過閱讀本書，在探究自然奧秘的過程中增進對物理科學新的認識，感受宇宙萬物的無窮魅力。
汪衛華
2020年3月於北京
（序言作者系中國科學院院士、材料物理學家）

推薦序

力學篇
聲學篇
光學篇
電學篇
熱學篇
雜學篇
自然現象篇
腦洞篇
宇宙篇
學習篇

致謝
索引

★為何沒有意識的人，抱起來比有意識的更重？我覺得是重心引起的力矩變化造成的，能給出詳細解釋嗎？
確實是“抱起來”更重，也就是人還是那麼重，但是抱起來要費的力氣更大一些。抱有意識的人，他也會主動抱著你，這時他緊密貼在你的身上，同時你的肩膀等部位也會替手臂分擔一部分重量。而無意識的人身體松散，抱起來不但全部重量都要靠手臂支撐，還要花額外的力氣保證穩定。比如在健身房舉鐵的時候，同樣重量的杠鈴和啞鈴，杠鈴舉起來會更輕松一些。題主說的重心引起力矩變化也有道理，類似的體驗包括，同樣重的箱子，體積比較小的更好搬。
另外，還有一個因素可能是題主做實驗的時候沒有考慮控制變量，抱有意識的人的時候抱的是80 斤的女朋友，抱無意識的人的時候抱的是80 公斤的室友。下次遇到室友喝醉這種情況有兩種解決方案，一種是扔下不管；另一種是像扛麻袋一樣扛在肩上，應該能節省一些體力，至於這種姿勢他是否舒服不重要，反正他已經無意識了。

★請問每次大型貨車、客車剎停後總能聽到放氣的聲音，這是什麼聲音？
大型客車、貨車在行駛過程中具有非常大的動能，想要在短時間內讓它停下來需要很大的力，剎車踏板踩起來也非常硬，一般需要使用壓縮空氣作為輔助來幫助我們剎車。
踩剎車時，壓縮空氣進入制動氣室推動剎車片，松剎車時，為了松開剎車片，需要將氣室中的壓縮空氣排出，此時就能聽到放氣聲了，剎車踩得越狠，松剎車後聽到的放氣聲越大。

★請問，順風時，聲音的傳播速度會不會變快？
假設風的各個部分定向運動的速度相同，那麼順風時，聲音的傳播速度會變快。
聲音在空氣中是怎麼傳播的呢？聲源振動引起附近的空氣分子振動，這些空氣分子又會引起它旁邊的空氣分子振動，振動通過空氣分子向遠處傳播，這就是聲音的傳播方式。聲音傳播的速度——聲速，與空氣本身的性質（包括氣壓、濕度等）有關。
風是空氣分子定向運動引起的，在和風速度相同的參考系中觀察，風就是一團靜止的空氣，在這個參考系中，聲速就是正常的聲速（大約340 m /s），但是如果站在地面上測量，聲速還要疊加上參考系自身的速度。因此，地面上測到的聲速就變大了。
沿風速方向的聲速增大還會造成聲波向風速方向聚攏。“順風而呼，聲非加疾也，而聞者彰”，說的就是雖然聲音沒有變得更洪亮，但是可以讓更遠的人聽到，這就是風速改變聲速的結果。

★運動手環測心跳用的是什麼工作原理？
目前運動手環多數是通過測量反射光來監測心跳的，具體過程如下：手環將一束光打在皮膚上，當心臟泵血時，血管中充滿血液。血液傾向於吸收綠光反射紅光，因此心臟在收縮和舒張時會產生顏色不同的反射光，手環正是通過檢測這些反射光來記錄心率的。
可以看出想要有效使用手環監測心率需要正確佩戴才行，不能有漏光，還要保證佩戴處血流通暢。

★手指能滑動手機屏幕，有些東西卻不能。什麼樣的材質才能滑動手機屏幕呢？為什麼手機屏幕上有水滴時會發生觸屏失靈的現象？
現在絕大多數智能手機屏幕采用的都是電容式觸摸屏，當手指觸摸在金屬層上時，由於人體有電場，手指和觸摸屏表面會形成一個耦合電容。對於高頻電流來說，電容是直接導體，於是手指從接觸點吸走一個很小的電流，這個電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，並且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。因此，只要利用的材質能和手機屏幕形成電容就行，如蘋果皮、西瓜皮、香蕉皮等導體都能滑動手機屏幕。絕緣體如厚紙張、塑料、橡膠等是不行的。
此外，當手上沾了太多水時去觸摸屏幕，由於屏幕上會產生太多感應位點，無法計算出準確的觸碰位置，因此會產生觸控漂移的現象，屏幕也就不靈敏了。
不過，隨著技術的進步，防水手機已經上市，目前能帶水操作的手機可以通過增強信號處理精度以及提高刷新頻率來分辨手指和水滴形成的導電面的細微差別。這樣，即使在水裡也可以通過觸屏操作手機了。

★車窗玻璃邊緣為什麼會有黑色的小圓點，有什麼作用？
很多車窗邊緣都有一些小黑點，而且越往裡越小，直到消失。這些小黑圓點的作用是在夏季和冬季保護車窗玻璃不因溫度變化而受損。因為車窗玻璃是用膠固定在汽車的金屬框架上的，炎熱的夏天車窗玻璃被暴曬後，車窗玻璃與金屬邊框接觸的邊緣部位也會隨之升溫和膨脹。但是，車窗玻璃中間的位置是透明的，有透光性，吸收的熱量比周圍邊緣要少很多，所以中間部分的溫度就比四周低，這就很容易讓玻璃四周和中間部位的膨脹程度不同，給玻璃帶來炸裂的隱患。夏天如此，反之冬天亦然。車窗邊緣的小黑點就是用來解決這個問題的。
小黑點從邊緣位置向中間逐漸變小，形成一個吸熱能力的過渡，從而使熱膨脹在一定距離上緩慢變化，保護車窗玻璃不會破裂。

★嗯……一個64G 的手機，裝滿文件後會變重嗎？
會。在解答這個問題的同時，我們需要了解一下各種存儲介質的原理。
磁盤：包括磁帶、軟盤、硬盤等，都是通過磁記錄數據的，寫入數據會改變其內部物質磁性排列方向，其質量理論上是不會變化的。
光盤：包括CD、VCD、DVD 等，都是通過光學結構記錄數據的，一般是一次性存儲介質，寫入數據就是在上面剟小坑，剟上就沒法抹平了，所以只能刻錄一次，之後只能讀。寫入數據之後，其質量理論上是降低了，因為剟了很多小坑。
閃存：包括手機存儲、固態硬盤等，都是通過電記錄數據的，每一個阱可以有有電子（1）和無電子（0）兩種狀態，寫入數據以後，保存的電子數目有變化，但不一定變多還是變少，所以質量也會有變化的，只是太微乎其微。

★火焰導電嗎？
要想讓某個物體導電就要讓它內部存在足夠多的自由電子，這樣在電場的驅動下才能產生電流。火焰具有較高的溫度，高溫會增加粒子的動能，使電子脫離氣體分子的束縛變成自由電子，整個火焰變成等離子體。因此，當火焰溫度足夠高時，火焰是可以導電的。我們可以利用火焰導電特性和火焰自身性質相關的特點對火焰的燃燒情況進行監測。比如，可以把一根金屬電極插入火焰中，在外加電壓的作用下，在噴嘴火焰中產生電流，檢測電流的有無就可以判斷火焰是否熄滅。