Q1、想問一個小朋友提出的，家里大人又答不出的問題，為什么南半球的人不是頭朝下走路？
by 李軻
答：
如果我們把視野放在宇宙中，從月球上看地球，那么如何定義“上”和“下”呢？
我們會發(fā)現(xiàn)地球是一個球形，對于地球來說沒有所謂的上下，從各個方向來來說都是一樣的。而對于地球上的人來說，由于受到地球的引力作用，頭上是天空，腳底是大地，所以有了上下的感覺，所以南半球北半球都是腳踏大地即為下。
在空間站中，由于失重的原因，所以宇航員們沒有上下的概念，但是為了跟地球上保持一致，一般會使航天器底部為下，給儀表盤按統(tǒng)一方向設(shè)置。
by 岷客
Q2、為什么人在圍墻上走要把兩臂張開？這個和走鋼絲時使用長桿子有什么異同嗎？
by lover
答：
人在圍墻上張開雙臂，是為了防止重心偏移導(dǎo)致跌落，這跟走鋼絲時使用長桿子是基本相同的道理。
當(dāng)我們在較為狹窄的墻面上行走時，我們的重心是很容易偏出墻外的。當(dāng)我們的中心在墻外時，以過支撐腿與墻面接觸點的直線為軸做力矩分析的話，我們可以看出此時墻體對人體支撐力的力矩為 0，而重力由于重心偏出墻面會產(chǎn)生凈力矩，這樣人體由于力矩不守恒，就會向重心偏移的方向倒下。而當(dāng)我們張開雙臂時，我們可以通過調(diào)整雙臂的位置來調(diào)整人體所受力矩。例如，當(dāng)我們感覺身體的重心過于偏右時，我們可以將左臂展開，通過左臂的重量來調(diào)節(jié)自身整體的重心位置，使重心重新回到墻面范圍內(nèi)，如圖所示，這樣所受的和力矩為零，人就不會失去平衡倒下了。
by 單身男青年
Q3、相比于其他位置的水面，為什么過河橋的橋墩周邊在冬天不容易結(jié)冰？
by 趙越
答：
流動的水面不易結(jié)冰，并非因為流動使水的凝固點降低。平衡態(tài)下物質(zhì)同時具有最大化熵和最小化內(nèi)能兩種趨勢，而液體的凝固正來源于能量與熵的競爭：高溫下，熵占據(jù)主導(dǎo)地位，分子排列混亂從而具有更高無序度的液相穩(wěn)定，而低溫下，能量占據(jù)主要地位，分子排列有序從而具有更低內(nèi)能的固相穩(wěn)定。因此，在溫度降低至凝固點時，平衡相就會從液相向固相轉(zhuǎn)變，也即發(fā)生凝固。由此可見，凝固點決定于物質(zhì)的微觀組成和相互作用，和宏觀尺度的流動幾乎無關(guān)。
流動的水面不易結(jié)冰，也并非是因為液體的動能通過內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能。物質(zhì)的微觀熱運動速度比宏觀大得多，因此一般情況下宏觀動能相比于內(nèi)能變化微乎其微?？梢怨浪悖? 千克水以 10 米 / 秒高速流動，其動能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，放出的熱量若完全被自己吸收，只能使溫度升高不到 0.1℃；若放出的熱量完全轉(zhuǎn)移至冰面，只能融化不到 0.2g 的冰。因此，要用水的動能阻止結(jié)冰，可以說是杯水車薪。
然而在生活中，常觀察到河面大部分已經(jīng)封凍，然而橋墩等處依然有流動的水面。這一現(xiàn)象主要由兩個原因引起。首先，橋墩處的水深通常比較大，周圍環(huán)境溫度低于冰點時，是河岸附近較淺的水域率先降溫至冰點以下，因而結(jié)冰也通常從河岸開始。其次，即使同樣位于河心，橋墩附近等水流湍急的位置依然更難結(jié)冰，這是因為在這些位置，水體內(nèi)部的熱交換除傳導(dǎo)外，還有較強(qiáng)的強(qiáng)迫對流，使得水面和水底的熱交換效率大大提高，各個深度幾乎具有相同的溫度。因此，在水流湍急處結(jié)冰，就需要從水面到水底，均降至凝固點以下，這無疑使得結(jié)冰更加困難。
by 樂在心中
Q4、紅酒杯壁為什么會向上涌透明液體？
by 竹花蕭
答：
這是紅酒的眼淚呀！
這種現(xiàn)象其實最早是英國物理學(xué)家詹姆斯?湯姆森（James Thomson）關(guān)注的，他在 1855 年的時候發(fā)表了一篇論文《在葡萄酒和其他酒類表面觀察到的一些奇特運動》，初步判定這是一種由表面張力引起的現(xiàn)象。之后，意大利物理學(xué)博士卡羅?馬蘭戈尼（Carlo Marangoni）又進(jìn)一步解釋了這種現(xiàn)象，被稱為馬蘭戈尼效應(yīng)。
馬蘭戈尼效應(yīng)就是當(dāng)兩相的界面存在表面張力差異的時候，從而會出現(xiàn)質(zhì)量的傳送現(xiàn)象。表面張力大的液體對周圍表面張力小的液體拉力強(qiáng)，使得液體從張力低的地方向張力高的地方流動。
酒在表面張力的作用下在杯壁上爬升，但是酒精更容易揮發(fā)，所以當(dāng)酒精揮發(fā)后，水的表面張力比酒精大，酒杯中的液體就向這杯壁上轉(zhuǎn)移，但是又在重力的作用下下墜，于是就形成了酒淚，又叫掛壁。
由于葡萄酒還有殘?zhí)呛透视?，這些粘性物質(zhì)也會影響到酒淚的密度和下滑速度，所以酒淚不能用作判斷酒質(zhì)的高低。酒質(zhì)還是要通過香氣的豐富度和復(fù)雜度，色澤的優(yōu)雅性，余韻的持續(xù)性來判斷。
參考資料：
理解馬蘭戈尼效應(yīng)
李記明.正確認(rèn)識掛杯現(xiàn)象 [J]. 中國酒，2012 (5):2.
by 岷客
Q5、坐高鐵的時候發(fā)現(xiàn)有些鐵軌是沒有中間的枕木的，這是為什么？那既然可以沒有，枕木的意義是什么？
by 武昌開國公
答：
說的應(yīng)該是無砟軌道吧。
無砟軌道（nonballasted-track）是指采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)，又稱作無碴軌道。這里的砟就是傳統(tǒng)鐵路上的小石塊。
傳統(tǒng)的軌道，也就是有砟軌道，鋼軌就放在題目中提到的枕木上，枕木再鋪在路砟上。枕木和路砟具有一定彈性，主要作用是增大鋼軌的受力面積，承擔(dān)并分散來自鋼軌的壓力，此外，還可以減噪、減震。但有砟軌道在列車荷載反復(fù)作用下，軌道的殘余變形積累很快，并且沿軌道縱向分布很不均勻，會導(dǎo)致軌道高低不平順，影響旅客乘坐的舒適性，增大軌道養(yǎng)護(hù)維修的工作量。
無砟軌道則通常是為了高速鐵路準(zhǔn)備的，可以說是一種更先進(jìn)的鐵路技術(shù)。不過需要注意，國外高速鐵路的運行經(jīng)驗和試驗研究表明，列車速度達(dá)到 300km / h 時，有砟軌道仍能保證列車的安全運行。無砟軌道的軌枕是由鋼筋混凝土澆筑成的，鋼軌直接鋪在混凝土軌枕上，靠扣件等機(jī)構(gòu)減震減壓。
相比于有砟軌道，無砟軌道穩(wěn)定性好，維護(hù)保養(yǎng)工作量減少 50% 以上，耐久性好，服務(wù)期長，在隧道地鐵中開挖面積小，結(jié)構(gòu)高度低，自重也輕，可以減少隧道凈空。但無砟軌道初期投資比較大，一旦基礎(chǔ)變形下沉，修復(fù)比有砟軌道更困難，不能在粘土深路塹、松軟土路堤或地震區(qū)域鋪設(shè)，在任何情況下都要鋪設(shè)防凍層。因此，鋪設(shè)鐵軌還是要因地制宜。
參考資料：
【鐵道知識?運輸】高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)（二）—— 無砟軌道
干貨！無砟軌道的結(jié)構(gòu)、分類、應(yīng)用、優(yōu)缺點分析
by 霜白
Q6、無線電收信機(jī)如何接受不同頻率的電磁波?
by 佚名
答：
靠天線! 大家可以看一看自己家的 wifi 路由器，豎起來的幾根“棍子”就是天線。
看下面的圖
圖片來源參考資料 天線本質(zhì)上就是個變換器，它會捕捉附近空間的電磁波，然后把這些電磁波轉(zhuǎn)化成導(dǎo)行波。對于電磁波的大家應(yīng)該不陌生了吧，它是由電場與磁場在空間中相互震蕩產(chǎn)生的交變電磁場，以波動的形式傳播。電場與磁場相互垂直，傳播方向垂直于電場與磁場組成的平面。
電磁波示意圖 | 維基百科 而對于導(dǎo)行波大家可能了解的不多，我們可以這樣理解它：是一種電磁波的傳輸模式，在導(dǎo)波系統(tǒng)（能夠傳播電磁波的系統(tǒng)）中存在電磁場的特殊結(jié)構(gòu)形式。我們可以根據(jù)導(dǎo)行波中是否存在縱向場分量進(jìn)行分類：TEM 波（橫電磁波），TE 波（橫電波），TM（橫磁波）。如果大家想繼續(xù)了解這方面的知識可以去看參考資料以及去看電動力學(xué)的書籍，在這里我就不贅述了。
那么天線把電磁波都接收了，那無線電收信機(jī)怎么辨別這些不同頻率呢？這就要用到電路知識。
無線收信系統(tǒng) | 參考資料 電路接受電磁波會進(jìn)行選頻，然后經(jīng)變頻、放大，最后解調(diào)出基帶信號。對于選頻，原理簡單點說就是電路中的電容和電感在充放電的過程中會形成諧振（共振）現(xiàn)象，而這個諧振現(xiàn)象的頻率會由于電路中的電容和電感的“大小”而不同，我們可以改變電路中的電容和電感來選擇不同的頻率。大家見過以前手動擰按鈕選擇不同電視信號的電視嗎？這個手動擰按鈕的過程就是選頻的過程~ 現(xiàn)在大家應(yīng)該明白無線電收信機(jī)的工作原理了吧！
參考資料：
臧義平.濾波天線及其頻率可重構(gòu)技術(shù)的研究 [D].西安電子科技大學(xué)，2021.
by just iu
Q7、什么是光壓？光壓對彗星有什么作用嗎？
by 千厘
答：
光壓的概念早在伽利略解釋彗星尾巴形成的時候就已經(jīng)提出：彗星的塵埃和氣體分子在太陽輻射的作用下，指向太陽的反方向。光壓就是指光產(chǎn)生的壓力。麥克斯韋根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)理論指出了光壓的存在，并且證明，光入射到完全吸收體上產(chǎn)生的光壓是入射到完全反射體上光壓的一半。
列別捷夫測量光壓的實驗裝置 | 圖片來源光壓理論基礎(chǔ) 后來由列別捷夫首先測量了光壓。他所用儀器的主要部分是一用細(xì)線懸掛起來的極輕的懸體 R，其上固定有小翼 a 及 b，其中一個涂黑，另一個是光亮的。將懸體 R 置于如圖 2 所示的真空容器 G 內(nèi)。借助透鏡及平面鏡系統(tǒng)將由弧光燈 B 發(fā)出的光線射向小翼中的一個。由于作用在小翼上的光壓力，使懸體 R 轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的大小，可借助望遠(yuǎn)鏡及固定在軸線上的小鏡觀察到。移動雙鏡能使光射在涂黑的小翼上。比較兩種情況下懸體轉(zhuǎn)動的大小，列別捷夫測得，涂黑表面所受的光壓力比反射表面所受的光壓力小一半，與理論完全符合。
根據(jù)量子力學(xué)，光具有波粒二象性，它既有波動的性質(zhì)又有粒子的性質(zhì)，所以光能夠像氣體分子一樣產(chǎn)生壓力，光壓的存在也是合理的事情了。
by 岷客
Q8、人類能飛到宇宙邊緣嗎？
by 匿名
答：
不能，實際上，我們甚至都不知道宇宙真正的邊緣在哪。
現(xiàn)代宇宙學(xué)普遍認(rèn)為，我們的宇宙起源于一場距今大約 137 億年的大爆炸，那我們的宇宙半徑是不是就是 137 億年呢？其實不是的，我們可觀測的宇宙半徑大約有 460 億光年，這是因為我們發(fā)現(xiàn)在大爆炸之后，宇宙經(jīng)歷過快速膨脹的階段，早期膨脹速度甚至超越了光速，這就是宇宙暴脹理論。這里多說一句，宇宙的超光速暴脹并不違反相對論，因為宇宙膨脹是時空本身的膨脹，并不受相對論約束。因此，大爆炸初期的光到今天與我們的距離已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止 137 億光年。
那在距離我們 460 億光年以外呢？實際上，我們永遠(yuǎn)無法到達(dá)那里，對我們來說，可觀測宇宙邊緣的宇宙膨脹速度剛好等于光速，即便我們以光速向那里前進(jìn)，也永遠(yuǎn)沒有可能到達(dá)，這將注定是一場令人絕望的旅途。在那之外是什么樣的，外面還有宇宙嗎？答案是不知道。關(guān)于宇宙學(xué)，也有很多假說或猜想，例如，多元宇宙學(xué)說，但這些假說都沒有天文觀測證據(jù)支撐，也無法得到驗證。
宇宙現(xiàn)在還在膨脹嗎？是的，我們在上幾期問答（343&344）中介紹過哈勃定律了，宇宙的膨脹速度就是哈勃常數(shù)，這是一個正比于距離的量，也就是說，兩個物體距離越遠(yuǎn)，他們之間的膨脹速度就越快，所以我們不必?fù)?dān)心彼此會越來越疏遠(yuǎn)。
by 霜白
本文來自微信公眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Frions
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