油炸食物大多美味誘人

但總少不了媽見打的寬油

于是

吃貨們說：要少油

就出現(xiàn)了空氣炸鍋

那空氣炸鍋是什么原理？

到底是空氣炸還是炸空氣？

Q1為什么中午30℃，晚上還會下冰雹(此時顯示24℃)？

（例如4月30日的上海）

答：

冰雹本身就是在炎熱的夏季或春夏之交最為常見。在炎熱的天氣，大量地表水蒸發(fā)上升，在高空因為溫度降低，先液化成小水珠形成積雨云，積雨云在快速上升的氣流作用下被帶到0℃以下的更高位置，小液滴凝固成小冰粒，冰粒不斷長大就可能形成大冰雹。這一過程中最重要的條件就是具備快速上升含水量大的暖氣流，而這種情況在炎熱的夏季更為常見，其他情況更傾向于形成雨雪天氣。

by Alan

Q2在太空中可以把氣球吹起來嗎？如果可以，把它帶回地面又會怎樣？

答：

在太空中可以把氣球吹起來，但基本上吹一口氣，氣球就會變得非常大然后爆掉。這是因為在地面上我們把氣球吹大之后，氣球內(nèi)部的氣壓產(chǎn)生的壓力、外部大氣壓產(chǎn)生的壓力與氣球本身的張力可以達成平衡，而外太空近似真空環(huán)境，僅靠氣球的表面張力，很難抗衡氣球內(nèi)部的空氣帶來的壓力，因此氣球會迅速變大，直至超出極限爆掉。而如果假設(shè)我們有一個非常結(jié)實的氣球，使我們能在太空中吹起來（不考慮外太空強烈的輻射和低溫對氣球材料的影響)，然后我們將它慢慢地從太空拿回地面（一直暴露在外面）。我們可以看到，這個氣球會隨著高度的降低而慢慢變小，甚至可能癟下去，這正是大氣壓在作怪。by 前進四

Q3空氣炸鍋是什么原理？和烤箱比有什么區(qū)別？

（by 奇怪君）

答：

空氣炸鍋類似于對流烤箱（烤箱加風扇），使用熱空氣循環(huán)來烹飪食物，食物附近的加熱元件提供熱源，風扇使熱空氣得以循環(huán)。

傳統(tǒng)的油炸方法將食物完全浸沒在熱油中（油的溫度遠高于水的沸點），在140°C至165°C溫度引起美拉德（Maillard）反應。美拉德反應是一種氨基酸和還原糖之間的化學反應，可以使食物褐化，產(chǎn)生風味化合物，使食物獨具風味。相比之下，空氣炸鍋使用的油更少，在薯片之類食物的油炸過程中減少了70%-80%的油量，并且空氣炸鍋有著自己的食品烹飪味道，傳統(tǒng)油炸會有大量的油浸入食物增加油的味道。

圖源：cooksmarts

烤箱是日常生活中常見的焙燒和加熱的廚房用具，將食物放置在架子上，向上或向下加熱食物?？諝庹ㄥ伜蛡鹘y(tǒng)烤箱相比，空氣的循環(huán)使食物的加熱更加均勻，加快烹飪速度，帶走食物表面的水分，在幾乎不使用油的情況下達到油炸類似的效果，增強了食物表面的褐變和酥脆，傳統(tǒng)烤箱容易使食物口感較干。

圖源：wiki

可以使用風扇輔助烤箱，增加空氣的循環(huán)，這種對流烤箱和空氣炸鍋原理基本一致，當然空氣炸鍋設(shè)計的更加小巧，風扇更接近食物，將大量熱量集中在較小的區(qū)域，相比對流烤箱烹飪更快。大批量的食物烹飪，對流烤箱會更加方便，但多層食物的放置也阻礙一定的空氣對流效率。by jita

Q4為什么貼上這么一張貼紙之后就可以看透磨砂杯？這樣一來起阻擋視線作用的磨砂玻璃豈不是也可能被這樣看透？

（by 傅同學）

答：

磨砂杯+貼紙 | 圖片由傅同學提供

貼上貼紙后磨砂杯可以被看透，原理相同的磨砂玻璃在貼上貼紙后自然也可以被看透。在這里磨砂杯、磨砂玻璃等材料能產(chǎn)生這種模糊的效果主要是由于發(fā)生了“漫反射”?！澳ド啊?，顧名思義其質(zhì)感是粗糙的，不能像鏡面那樣平滑，所以光線不論是在透過還是照射到磨砂表面時，光線都會向各個方向反射，這就導致了我們不能準確得知光在被漫反射之前的情況，也就無法得知對應物體的情況。因此與普通的透明玻璃不同，我們既不能透過玻璃看到對面物體的樣子，也看不到觀察側(cè)物體在玻璃上的倒影。

當我們在磨砂面上貼上透明膠或透明貼紙后，相當于把粗糙的表面變光滑，減少了界面上的漫反射，另外透明膠的折射率與磨砂玻璃等材質(zhì)的折射率接近，使得我們能夠正常地看到被“磨砂”擋住的物體。

除了磨砂玻璃之外，紙張被水/油打濕后變得更透光也是類似的原理。by 懶懶的下午三點半

Q5一些塑料制品掰彎時會變白（透明塑料變不透明）是為什么？而且多數(shù)情況下彎回原來狀態(tài)白色就會減弱？

（by Charlie.zh）

答：

這個現(xiàn)象在材料學里有個專門的名詞，叫應力發(fā)白（stress whitening）。一般認為這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與材料在外力的拉伸扭曲之下產(chǎn)生銀紋（crazes）有關(guān)。

在塑料等高分子材料中，纖維束往往是折疊成一團一團的，當材料的纖維束在應力作用下，由原來的一團，被拉直，但卻沒有到斷開的程度，在這部分區(qū)域，由于高分子材料的纖維束伸直了，所以這一部分材料的折射率便與周圍產(chǎn)生較大差異，強烈地反射光線，于是材料在彎折處就會發(fā)白，這就是所謂的銀紋和應力發(fā)白現(xiàn)象。

裂紋通過銀紋擴展示意圖

by 前進四

Q6三基色（紅綠藍）混合出來的顏色是真的合成了單色光還是只是一種錯覺？

（如果是單色光的話，為什么紅+綠就生成波長為兩者平均的黃光，而紅+藍就生成比兩者波長都小的紫光？）

答：

三原色光疊加出的光不再是單色光。由紅色和藍色疊加出的光和紫色單色光看起來顏色一樣，其實是由人類的顏色感知機制導致的。

人類的感光機制其實在上一期Q&A中就有詳細的介紹（指路No.255 Q6），因此在這里不再贅述。我們在這可以討論一下，一束光進入我們的眼睛是如何被識別為不同的顏色的。人類顏色的感知主要依賴于S、M、L三種視錐細胞。三種位于視網(wǎng)膜上細胞在受到某種光刺激后，會產(chǎn)生差異化的輸出，之后大腦的視覺皮層和其它相關(guān)區(qū)域中完成復雜的過程，這一系列過程最終導致我們產(chǎn)生了色彩的感知。（詳細的生理機制可以閱讀參考資料[1]）不同的光產(chǎn)生相同的色彩感知，實際上就是因為在初始階段視網(wǎng)膜上的感光細胞在接收了光線刺激后，產(chǎn)生了相同或相似的輸出。

拿我們熟悉的白色舉例，我們都知道，整個可見光譜疊加可以得到白色，但其實三原色或者僅一對互補色的光疊加也能產(chǎn)生白色的感知。而從物理角度（頻率、群速度等）來說，這幾種光是完全不同的電磁波。

知道了這些，以后再也不怕有人問你要“五彩斑斕”的白了，畢竟，自然界中就有無數(shù)種各異的白色光呢。by Quesmark

Q7物理上，維度和自由度有什么聯(lián)系和區(qū)別？

答：

維度比較好理解，就是空間基矢的個數(shù)，或者說線性空間中線性無關(guān)向量的個數(shù)，比如三維空間用（x,y,z）刻畫物體的位置，四維時空坐標則用（x,y,z,t）表示等。

自由度則與具體的研究問題有關(guān)，但總的來說，自由度表示的是獨立變量的個數(shù)。具體而言就是，如果一個問題中涉及到的總變量有N個，約束條件有M個，則自由度D=N-M。

維度和自由度可以有聯(lián)系，也就是空間基中的幾個變量（x,y,z…）本身就可以作為具體問題涉及到的變量而存在，比如考慮運動物體的演化過程；當然兩者也可以沒有關(guān)系，比如相圖中的自由度（獨立組分數(shù)）。by Alan

Q8為什么行星繞太陽的運動軌道是橢圓？

答：

太長不看版：因為萬有引力是一個平方反比力，即力的大小與兩個質(zhì)點間的距離平方成反比：。所有在平方反比力下運動的物體的軌道都是圓錐曲線，而行星的能量不足以讓其脫離太陽軌道，所以運動軌道呈現(xiàn)橢圓。

詳細計算版：（以下的推導需要基本的微積分與普通物理學知識）

因為太陽的質(zhì)量遠大于行星的質(zhì)量，為了計算的簡便，我們不妨認為太陽的位置固定。由于行星運動的速度較慢，太陽的引力場沒有太強，所以我們不考慮相對論效應，在經(jīng)典牛頓力學下考慮這個問題。

以太陽為原點建立平面極坐標系，行星在這個平面內(nèi)運動。用表示極坐標的極徑，表示極角，表示太陽的質(zhì)量，表示行星的質(zhì)量。則行星運動時角動量守恒：

為了之后表示的方便，記常量。行星同樣有能量守恒。行星運動的徑向速度為，切向速度為：，行星具有的引力勢能為：。則能量守恒可表示為：

這是一個關(guān)于的微分方程，分離變量后可得：

根據(jù)，同樣能得到一個關(guān)于的微分方程：

把上兩個式子相除，可以消去時間這個參量：

左邊積分后得到，其中是積分常量，與極坐標極軸的選取有關(guān)。右邊通過三角換元同樣可以積分，得到：。所以整個式子積分后變成：

整理上面這個式子，可以得到的表達式：

很顯然，這是一個圓錐曲線的極坐標表達式，其中就是圓錐曲線的離心率。當能量時，離心率小于1，此時軌道就是橢圓。by zhhjc

來源：中科院物理所


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