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43.为什么冷水冲不开咖啡?

冷水能冲开咖啡,只不过需要你持续不断地努力折腾,比如充分搅拌、大力摇晃。

我们要知道,冲泡咖啡的过程是咖啡溶解于水的过程。影响溶解的因素有很多,温度就是其中之一。一般来说,温度越高,溶解越快。这是因为温度升高,分子热运动加剧,咖啡分子更容易跑到水分子之间的空隙中,宏观上就是咖啡比较快地溶解了。冷水中的低温环境会减缓这个过程,但它并不是不能完成。物理君强烈建议你买一包咖啡泡在矿泉水瓶里,盖上瓶盖,大力摇晃,仔细观察,细细品味。嗯,热水冲开咖啡之后不会沉淀,这个涉及溶解度的问题。溶解度是一定温度下每100克水能溶解溶质(咖啡)的克数。要想溶解后出现沉淀,则需要在溶剂达到饱和(最大溶解度)之后再加入溶质(咖啡),这样才能析出溶质(咖啡)。

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44.打水漂时,为什么石头不会立刻落进水里?

因为有水的作用力啊。

就像冲浪一样,石头片向前快速运动的过程中,水给它一个向上的分力,让它暂时不会下沉。打水漂,核心是漂,说到底,就是石头在水面一跳一跳地“冲浪”。其中主要的几个因素,一是形状,二是角度,三是速度,四是稳定性。

首先,打水漂用的石头都是扁平的,就像冲浪板一样,这保证它与水面有足够大的接触面积,以便充分接受水的托力。

其次,抛出去的扁平石头片还需要与水面呈一定的倾角,称为“攻角”,就像冲浪板前端轻微翘起形成的角度,这样它向前运动时,水面就会给它一个向上的分力。攻角在20°左右为宜。攻角太小时,竖直方向上的分力不够,难以起跳;攻角太大时,水平方向上阻力太大,失速严重;攻角为负数时,石头会像刀片一样直接插入水中。需要注意的是,攻角与抛射角有关,但二者是不同的,不可混淆。



再次,石头片速度越大,与水面接触时所受到的冲力也越大,这样向上的分力才足以让它弹跳起来,速度越大动能越大,这样它才承受得起多次跳跃中的能量损耗。

最后,石头片要在连续跳跃中保持稳定,需要其攻角相对固定,从而要求石头片整体方位角保持稳定。这也就是打水漂时让石头片高速旋转的目的了——给它一个较大的角动量,让它像陀螺一样保持相对稳定的姿态。

正是以上四个条件,让石头片充分借助水的力量,在水面连续跳跃,不至于立刻下沉。

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45.不透明的磨砂玻璃为什么贴上胶带就变透明了?

要明白磨砂玻璃怎么变透明的,就得先看一下磨砂玻璃为什么透光却不透视。磨砂玻璃也叫毛玻璃,其特点就是有一面是磨砂面。磨砂面表面粗糙,不像普通玻璃那样光滑。这个很容易理解,如果身边有磨砂玻璃的话,你用手摸一下就能感觉到明显的差别。正是这“粗糙”的表面,造成了磨砂玻璃“透光却不透视”的特点。

如果了解反射,你一定听过反射里面两个相对的词——镜面反射与漫反射。

由于镜面平整,镜面反射反射的光束很“整齐”。漫反射反射面粗糙,反射线“乱七八糟”,这些“乱七八糟”没规律的反射线进入眼睛,我们就看不清它反射的物体是啥了。所以,镜子都用光滑的玻璃制作,而不会用粗糙的毛玻璃制作。“透光不透视”的原理相似,光线是能透过磨砂玻璃的,在磨砂玻璃的“毛面”,由于界面不规则,折射光线“乱七八糟”,我们也就不能透过磨砂玻璃看清东西了。

想要“破坏”这种“漫”效应,就得消除玻璃表面的粗糙。方法嘛,就是用折射率相近的“东西”来填充表面的“凹陷”使其变得光滑。石英玻璃的折射率是1.46,和水的折射率1.33比较接近,所以用水刷一下磨砂玻璃表面,也能使其变透明。因此,浴室装磨砂玻璃时,磨砂面都朝外。如果用胶带贴上磨砂玻璃的“毛面”,胶带的胶会填充“毛面”,使其不再粗糙,这样也有透视的效果。

看来用磨砂玻璃保护隐私,还是挺不靠谱的。

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46.为什么下雪后会感觉很安静?

能发现这个问题,提问者一定是一个心细如发的人。

雪花是水的一种常见的物态,人类对雪花的研究开始得比较早,认识也比较深入。雪花很轻,是从天上“飘”落到地面上的。它千奇百怪的形状,还有这种轻轻“飘落”的性质,决定了积雪不能致密(人踩过车轧过的不算),只能处于蓬松多孔的状态。

那么接下来我们就要讲到声音的吸收了。我们知道声音是一种机械波,是靠空气的振动来传播的。而空气的这种振动最害怕遇上蓬松多孔、容易发生非弹性形变的物质(如海绵),因为声音传到这些小孔腔里之后,会经过多次反射,直至把能量耗光,只有较少的一部分能逃出小孔腔,继续传播。市面上很流行的泡沫隔音板就利用了类似的原理。下雪比较安静也是因为这个。

关于吸音,其实还有很多可以说的。我们这里再简单提一下。

我们身边有很多场所是需要做吸音处理的,例如会议室、音乐厅。这里用到的吸音原理就比较多了,不单单是上面所说的小孔腔吸音。其中较常用的原理是共振吸音,一些功能性场所需要吸收特定频率的声音,这时可以用一些材料,其固有频率比较接近需要吸收的声音的频率,该频率的声音传播到材料上时,吸音材料就会发生共振,把声音吸收然后耗散掉。

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47.空调为什么能吹出冷热两种不同的风?

空调是一种典型的通过做功把热量从低温热源搬运到高温热源的逆工作热机。其中的原理是:在循环过程中,工作物质在低温区汽化吸热,然后在高温区液化放热,从而实现热量从低温区向高温区的流动。

空调主要由四个部分组成:压缩机、膨胀阀、室内机和室外机。在制冷过程中,压缩机将低压气体压缩送入室外机液化放热变成高压液体,再通过膨胀阀变成低压液体,然后工作物质经过室内机汽化吸热,变成低压气体,重新进入压缩机完成循环。工作物质不断经过此循环,从而使室内温度降低,这时室内机是蒸发器,而室外机是冷凝器。要完成制热过程,只需工作物质反向循环就可以了,切换工作物质循环方向是通过一个叫四通阀的元件完成的。这时室外机是蒸发器,室内机变成冷凝器。

空调的工作效率受热力学第二定律限制,室内外温差越大,则制冷(制热)效率越低。所以,物理君请大家在夏天把温度调高一两摄氏度,在冬天把温度调低一两摄氏度,省电省钱,节能环保,爱护地球,造福子孙后代。

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48.为什么浪花是白色的?

我们先讲讲水和海洋。我们都知道,水是无色透明的,而海洋是蓝色的。那么为什么海洋是蓝色的呢?因为海洋中发生了瑞利散射,所以我们看到了蓝色的大海。

那么,你肯定会好奇为什么浪花是白色的。首先,浪花其实是破碎的波浪,波浪破碎的时候会卷进一些空气,所以浪花的组成成分不仅仅有水,还有气泡,这些气泡对浪花的颜色有着至关重要的影响。气泡的表面是膜状的,上面的小水珠就像一个个棱镜;当光线照在浪花上的时候,浪花表面会发生多次的反射以及折射,最终光线从不同方向反射出来。各种颜色的光反射概率相等,浪花就变成了我们所熟悉的白色。

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49.在一个温度相同的环境中,不同的东西为什么摸起来温度不一样?

热力学第零定律告诉我们,和同一个物体分别处于热平衡的两个物体之间也处于热平衡,即两个物体温度相同,大量的实验都证明这条定律是正确的。那么为什么在同一个环境里不同物体摸起来温度不一样呢?问题一定出在“摸起来”上。

准确地讲,这是测量方法的问题。测量物理量的原则之一就是尽量少让被测量系统产生扰动。我们用“摸”的方法去获取一个物体的温度往往会违背这个原则。以触摸冬天室外的木块和铁块为例,手的温度比较高,所以当你感受到木块的温度时,实际上你感受到的是被手加热过的木块的温度,同样的道理也适用于手摸铁块的情形。两者给人的感觉不同,原因在于铁块和木块导热能力不同,铁块优异的导热能力使得热量刚传递到与手接触的部分就被其他部分带走,而木块导热能力差,吸收的热量会积累在木块和手接触的部分,所以木块摸起来更暖和一点。因此,尽管两者原本处于相同的温度,但手对两者的影响不同,所以两者摸起来温度不一样。