巨大響聲傳來(lái)時(shí)

你是選擇捂住耳朵

還是選擇長(zhǎng)大嘴巴？

哪種方式更有效的保護(hù)你的耳朵？

問答導(dǎo)航
Q1 蘋果輔助功能中的“車輛運(yùn)動(dòng)提示” 打開后可以在一定程度上防止暈車的原理是啥
Q2 在聽到巨大聲音時(shí)，為了保護(hù)耳朵，究竟是應(yīng)該捂住耳朵，還是張開嘴吧，還是同時(shí)做呢？
Q3 偏鋁酸根存在嗎？
Q4 電磁波是電場(chǎng)磁場(chǎng)相互激發(fā)傳播，那么它為啥會(huì)反射呢？
Q5 可不可以解釋一下手機(jī)里的潛望式長(zhǎng)焦鏡頭是什么？以及它的工作原理
Q6 紫外線頻率在可見光之外，為何紫外線燈工作時(shí)能看到紫色的光？
Q7 為什么甲殼類的動(dòng)物，比如梭子蟹，大蝦一類的，打撈上來(lái)殼是暗灰色的，為什么煮熟變成紅色了？
Q8 人在極端冷的時(shí)候?yàn)槭裁磿?huì)脫衣服？
Q9 打針時(shí)針頭里真的會(huì)有肉嘛？

Q1 蘋果輔助功能中的“車輛運(yùn)動(dòng)提示” 打開后可以在一定程度上防止暈車的原理是啥？

by frost

答：

答： 暈車通常源于人視覺與前庭系統(tǒng)感知的運(yùn)動(dòng)信息不匹配。前庭系統(tǒng)（內(nèi)耳）感知到你在做轉(zhuǎn)彎、加減速、顛簸等等運(yùn)動(dòng)，而視覺上（眼睛）看到車內(nèi)靜止的物體就反饋給大腦你是靜止的，大腦接收到矛盾的信號(hào)，感到困惑，從而引發(fā)暈車癥狀，如頭暈、惡心等。

了解了暈車的根本原因，也就更方便理解“車輛運(yùn)動(dòng)提示”是如何緩解暈車癥狀的，其實(shí)就是緩解這種矛盾信息沖突。只要開啟手機(jī)“車輛運(yùn)動(dòng)提示”功能以后【請(qǐng)注意：此問手機(jī)品牌僅作舉例使用】，就會(huì)在手機(jī)檢測(cè)到車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)，屏幕的側(cè)邊顯示一些微小的、色彩對(duì)比鮮明的圓點(diǎn)。這些圓點(diǎn)會(huì)根據(jù)車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)的位置，做實(shí)時(shí)反向位移。當(dāng)你車輛往右移動(dòng)，圓點(diǎn)就會(huì)往左移; 車輛往左移動(dòng)則圓點(diǎn)往右移，車輛往上移動(dòng)則圓點(diǎn)往下移，車輛往下移動(dòng)則圓點(diǎn)往上移。這些光點(diǎn)的移動(dòng)模擬了車輛真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以協(xié)調(diào)視覺與前庭的信息，減緩了感官?zèng)_突，進(jìn)而減輕暈車反應(yīng)。

圖源：

不過值得注意的是，這種功能不能完全消除暈車，尤其是非常顛簸或頻繁加減速/轉(zhuǎn)彎的路況，它作為一種輔助緩解手段，并不能防止暈車，對(duì)于暈車特別嚴(yán)重的乘客來(lái)說，還是需要結(jié)合其他常用的環(huán)節(jié)暈車方法（如坐在前排、保持通風(fēng)等）。

參考資料：

1.
2.
3. Meschtscherjakov A, Strumegger S, Tr?sterer S. Bubble margin: Motion sickness prevention while reading on smartphones in vehicles[C]//IFIP Conference on Human-Computer Interaction. Cham: Springer International Publishing, 2019: 660-677.

by 4925

Q.E.D.

Q2 在聽到巨大聲音時(shí)，為了保護(hù)耳朵，究竟是應(yīng)該捂住耳朵，還是張開嘴吧，還是同時(shí)做呢？

by ChimeSky

答：

能同時(shí)做肯定是同時(shí)做了，多多少少還是有些用的，不過我在這里需要為你區(qū)分和評(píng)價(jià)一下這兩種行為的功效。
首先在這種情況下，捂耳朵的效果要比張開嘴要好得多。如果你沒有什么專業(yè)的防護(hù)手段，比如說專業(yè)的耳塞、耳罩之類的，那么你其實(shí)可以嘗試用手指塞住耳朵，這么做大概可以讓聲音的音量減小20分貝，而如果你只是捂住耳朵，那么效果會(huì)略遜一籌，不過依然很奏效。
而相比之下，張嘴對(duì)耳朵的保護(hù)作用就很小，因?yàn)閺堊熘饕鞘寡使墓荛_放從而平衡耳道內(nèi)與環(huán)境的壓差，其反應(yīng)時(shí)間大約在0.12~0.6秒的范圍，所以在乘坐飛機(jī)、潛水或者在高原上的某些情況下可以通過這種方式保護(hù)耳朵；然而如果是單純的噪聲，并不會(huì)產(chǎn)生壓差，所以就沒什么用；如果是爆炸等會(huì)伴隨沖擊波的情況，沖擊波的窗口時(shí)間僅有10毫秒左右，遠(yuǎn)小于張嘴調(diào)節(jié)所需的時(shí)間，所以這種情況下張嘴其實(shí)也起不到保護(hù)作用。
所以總而言之，最好還是有專業(yè)的防護(hù)裝備，比如耳塞耳罩之類的，如果沒有，那最好用手指堵住耳朵或者壓住耳屏（也就是盡量密封耳道），效果次一點(diǎn)的就是捂住耳朵，張嘴在這種情況下只能當(dāng)個(gè)添頭，如果做了對(duì)保護(hù)耳朵的效果也不會(huì)有很大的提升。

參考資料：

1. Ou Y et.al, Traumatic brain injury induced by exposure to blast overpressure via ear canal.
2. Jarett Casale et.al, Physiology, Eustachian Tube Function
3. R. Karl Zipf et.al, Effects of blast pressure on structures and the human body
4. G.Kerry et.al, Real fingers in real ears
5. Gan RZ et.a, Characterization of Protection Mechanisms to Blast Overpressure for Personal Hearing Protection Devices - Biomechanical Measurement and Computational Modeling

by ArtistET

Q.E.D.

Q3 偏鋁酸根存在嗎？

by 匿名

答：

這其實(shí)就是Al(OH)?的兩性問題，即它既可以作為弱堿（氫氧化鋁）與酸反應(yīng)，也可以作為弱酸（偏鋁酸）與強(qiáng)堿反應(yīng)。

因?yàn)锳l的電荷高、半徑小，故在水和時(shí)會(huì)強(qiáng)烈極化O-H鍵，故可以使H2O電離出H+從而顯酸性，而Al(OH)?本身時(shí)氫氧化物，本身就能提供OH-，即顯堿性，因而在不同的環(huán)境下它扮演的角色也不同，在與強(qiáng)堿作用時(shí)，Al(OH)?就表現(xiàn)為弱酸，與OH-反應(yīng)產(chǎn)生水合偏鋁酸根離子： Al(OH)?+OH- →Al[(OH)?]-，比如與NaOH反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生 Na[Al(OH)?]，即偏鋁酸納。

那么文中提到的AlO?-又是何方神圣呢？其實(shí)這就是我們剛剛提到的水合偏鋁酸根Al[(OH)?]-脫掉兩個(gè)水的形式——偏鋁酸根；這是一種簡(jiǎn)記形式，也是傳統(tǒng)表示法，一般在固體鹽中用這種形式，便于看出其和偏鋁酸(HAlO?)的聯(lián)系。但是站在水溶液和配位化學(xué)的角度，嚴(yán)格來(lái)說寫成Al[(OH)?]-的樣子才是正確的，因?yàn)槿芤豪镤X離子幾乎總被OH-或H?O配位，不會(huì)裸露為AlO?-

by ArtistET

Q.E.D.

Q4 電磁波是電場(chǎng)磁場(chǎng)相互激發(fā)傳播，那么它為啥會(huì)反射呢？

by 匿名

答：

電磁波的反射本質(zhì)上是在傳播過程中遇到邊界條件突變，為了滿足麥克斯韋方程組所規(guī)定的電磁場(chǎng)基本規(guī)律而產(chǎn)生的現(xiàn)象。

當(dāng)電磁波從一種介質(zhì)1（如空氣，磁導(dǎo)率 ，介電常數(shù) ）傳播到另一種介質(zhì)2（如理想導(dǎo)體， , ），根據(jù)麥克斯韋方程組以及邊界條件，在兩個(gè)絕緣介質(zhì)交界處，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的切向分量和法向分量需要滿足一定的連續(xù)性條件，其中關(guān)鍵的兩條是：

1.電場(chǎng)強(qiáng)度 的切向分量連續(xù)：
2.磁場(chǎng)強(qiáng)度 的切向分量連續(xù)：

為了滿足這些邊界條件，當(dāng)入射波從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)，其部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化為一束返回的反射波。介質(zhì)的折射率 決定了反射的強(qiáng)弱。而反射系數(shù)（反射功率與入射功率之比）量化了反射波的強(qiáng)弱，垂直入射時(shí)可表示為：

其中，Z為波阻抗（ ），兩介質(zhì)阻抗差異越大，反射越強(qiáng)。如果是電磁波從空氣進(jìn)入理想金屬，因?yàn)槔硐虢饘賰?nèi)部Z=0，與空氣阻抗差異無(wú)限大，得R=1，結(jié)果為電磁波全反射。（請(qǐng)注意：這里反射波的強(qiáng)度由反射系數(shù)R決定，R本身由兩種介質(zhì)的折射率n決定。）

如果是尋常介電質(zhì)，就需要從微觀來(lái)看。入射波的振蕩電場(chǎng)使介質(zhì)表面的電子發(fā)生受迫振動(dòng)，這些振動(dòng)的電子如同微小的天線，向各個(gè)方向輻射次級(jí)電磁波。在介質(zhì)內(nèi)部，這些次級(jí)波相干疊加形成折射波；在原介質(zhì)一側(cè)，它們則相干疊加成反射波。而金屬中的自由電子能發(fā)生強(qiáng)烈集體振蕩，高效地再輻射出反射波。

所以，電磁波的反射并非簡(jiǎn)單的“碰撞反彈”，而是入射波與介質(zhì)在邊界處共同激發(fā)產(chǎn)生新波的過程，整個(gè)過程嚴(yán)格遵守麥克斯韋方程組、邊界條件及能量守恒定律。

參考資料：

1. Raychaudhuri, A.K. (2022). Reflection and Refraction of Electromagnetic Waves. In: Classical Theory of Electricity and Magnetism. Texts and Readings in Physical Sciences, vol 21. Springer, Singapore.
2. 楊涓.電磁波在磁化等離子體表面的功率反射系數(shù)計(jì)算研究[J].物理學(xué)報(bào),2005,(7):3236-3240.

by 4925

Q.E.D.

Q5 可不可以解釋一下手機(jī)里的潛望式長(zhǎng)焦鏡頭是什么？以及它的工作原理

答：

長(zhǎng)焦鏡頭要求鏡頭與傳感器之間的距離較長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)光束在傳感器上聚焦。但是手機(jī)厚度有限，不能提供這樣長(zhǎng)的距離，于是人們用反射鏡偏轉(zhuǎn)光路，構(gòu)造出潛望式長(zhǎng)焦鏡頭。如左圖所示，潛望式長(zhǎng)焦鏡頭在進(jìn)光口處安裝有反射鏡，將原本沿手機(jī)厚度方向（圖中Y方向）傳播的光偏轉(zhuǎn)到沿長(zhǎng)度方向（圖中Z方向）傳播，這樣光路就被很大程度地拉長(zhǎng)了。光電傳感器（如CCD或者CMOS）安裝在光路末端平行于圖中XY平面，負(fù)責(zé)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。然而手機(jī)的厚度限制了光電傳感器的尺寸，進(jìn)而影響所拍攝照片的質(zhì)量。為此有人設(shè)計(jì)了如右圖所示的鏡頭，在傳感器前加裝一塊反射鏡使得傳感器平行于XZ平面，消除了手機(jī)厚度對(duì)傳感器的限制。

參考資料:

1. Sun, Wen-Shing, Yi-Hong Liu, and Chuen-Lin Tien. "Optical design of a miniaturized 10× periscope zoom lens for smartphones." Micromachines 14.6 (2023): 1272.
2. HUAWEI DEVICE CO., LTD.. PERISCOPE LENS AND TERMINAL DEVICE:US201414908982A[P]. 2016-06-09.

by 利有攸往

Q.E.D.

Q6 紫外線頻率在可見光之外，為何紫外線燈工作時(shí)能看到紫色的光？

by YYvox

答：

這是汞的激發(fā)光譜導(dǎo)致的。許多紫外線燈使用汞蒸氣作為氣體放電源，汞蒸氣在電流激發(fā)下首先會(huì)發(fā)出紫外線輻射，但是仍然會(huì)有部分來(lái)自汞光譜中的藍(lán)紫色線無(wú)法被濾光器完全過濾，從而使得在紫外線燈工作時(shí)可以看到一些紫色或者藍(lán)紫色的光。所以，哪怕你是用的是“黑燈”，也依然避免不了在使用時(shí)會(huì)有一些藍(lán)紫色的光泄漏出來(lái)。而對(duì)于殺菌或者捕蟲用的紫外線燈，是否有可見光產(chǎn)生與其使用無(wú)關(guān)，那么也許設(shè)計(jì)的時(shí)候壓根就不會(huì)給它們?cè)O(shè)置濾光器，所以藍(lán)紫色可見光就更加明顯了。

參考資料：

1.

by ArtistET

Q.E.D.

Q7 為什么甲殼類的動(dòng)物，比如梭子蟹，大蝦一類的，打撈上來(lái)殼是暗灰色的，為什么煮熟變成紅色了？

by 范文波

答：

這其實(shí)是因?yàn)槲r蟹外殼中含有一種鮮紅色的色素——“蝦青素”有關(guān)，它是蝦蟹這些甲殼類動(dòng)物色素的主要成分。蝦和蟹的顏色主要取決于甲殼下面真皮層中散布著的色素細(xì)胞。在這些色素細(xì)胞中,以含有蝦紅素的細(xì)胞為多。

當(dāng)它們活著的時(shí)候，蝦青素分子被肌肉或甲殼中的甲殼藍(lán)蛋白緊密包裹，這種蛋白色素復(fù)合物吸收光譜偏藍(lán)，呈現(xiàn)清灰或者暗褐。只有在加熱或者甲醛浸泡后，體內(nèi)的色素蛋白發(fā)生了變性，原來(lái)和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起的色素分子游離出來(lái)，就會(huì)呈現(xiàn)紅色。懂護(hù)膚的小伙伴應(yīng)該知道有賣蝦青素精華或者面膜，它就是紅色的。蝦青素本身共軛多烯鏈的電子躍遷特征就是吸收藍(lán)綠光、反射紅橙光，所以肉眼看才是紅色的。

by 藍(lán)多多

Q.E.D.

Q8 人在極端冷的時(shí)候?yàn)槭裁磿?huì)脫衣服？

by 好奇寶寶

答：

這是一類法醫(yī)學(xué)的經(jīng)典案例，通常出現(xiàn)在極端低溫的晚期階段，這時(shí)通?；颊邥?huì)在極端寒冷中出現(xiàn)反常的脫衣行為，可能的成因有以下兩種：
第一種是外周血管突然擴(kuò)張：在低體溫狀態(tài)下，身體會(huì)收縮外周血管以保持核心溫度。當(dāng)體溫降至約30°C以下時(shí)，血管收縮功能失效，外周血管突然擴(kuò)張，導(dǎo)致大量暖血流向四肢和皮膚，皮膚溫度急劇升高，產(chǎn)生“很熱”的錯(cuò)覺，從而脫掉衣服。
第二種是大腦功能發(fā)生紊亂：嚴(yán)重低體溫影響大腦皮層和下丘腦的溫控中樞，導(dǎo)致判斷力和感知溫度的能力下降，可能錯(cuò)誤地感知環(huán)境溫度為溫暖，或失去行為抑制，做出脫衣等反常動(dòng)作。

參考資料：

1. Sivaloganathan S. Paradoxical Undressing and Hypothermia.
2. James Felton ,Paradoxical Undressing: Why People Get Naked In The Final Stages Of Hypothermia

by ArtistET

Q.E.D.

Q9 打針時(shí)針頭里真的會(huì)有肉嘛？

by 匿名

答：

常規(guī)注射不會(huì)出現(xiàn)針頭帶入肌肉組織的情況。根據(jù)不同的治療目的，常規(guī)的注射可以分為四種：肌肉注射、皮下注射、皮內(nèi)注射以及靜脈注射，為了減輕患者的痛苦，都是盡量采用小針頭，針頭直徑不會(huì)超過0.7mm（特殊情況除外）。我們的皮內(nèi)、皮下、肌肉這些組織都是固體或者半固體，帶有一定的韌性和強(qiáng)度。加上針尖是一個(gè)斜切面，這使得針頭扎進(jìn)去的時(shí)候不會(huì)把肉直接切下來(lái)，而是利用斜面的張力將組織纖維向兩側(cè)推開。當(dāng)針尖拔出時(shí)，肌肉又會(huì)自動(dòng)填回來(lái)。由于針頭過于纖細(xì)，即使里面有壓強(qiáng)差，也不至于把肉吸走。

那有沒有針能夠讓肉留在針頭里呢？當(dāng)然有的。例如活檢針。它的針尖帶有凹槽或切割刃，當(dāng)穿刺到目標(biāo)組織（如腫瘤、腺體等）時(shí)，內(nèi)芯針先伸出，讓凹槽嵌入組織，隨后外套管快速向前推進(jìn)，將凹槽內(nèi)的組織 “切斷” 并封閉在套管內(nèi)，避免樣本脫落。有的活檢針還會(huì)結(jié)合負(fù)壓吸引，利用針管內(nèi)的負(fù)壓將少量組織吸入凹槽，再配合外套管的切割動(dòng)作，確保樣本被穩(wěn)定留存于針頭內(nèi)。

參考資料：

1.

by Sid

Q.E.D.

本期答題團(tuán)隊(duì)

藍(lán)多多、ArtistET、Sid、利有攸往、4925

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編輯：涼漸