苹果会落地云彩却不会，探讨水灭火原理及冷热水灭火差异

am928

苹果会往地上掉

凭啥云彩就不会？

它们都比空气重啊。

嗯，古人说“腾云驾雾”

仔细品来，似是

隐隐地悟到了云的秘密

为什么水能灭火？冷水和热水哪个更容易灭火？

By翱翔 鸟瞰苍穹 大帝

燃烧存在三个条件，分别是有可燃物，有空气，温度要达到可燃物着火点。灭火原理与之相反，是要让这三个条件不能同时满足。水灭火有两个原理，其一为降低温度，其二是隔绝空气。从这个角度来说，热水灭火的效果比冷水更好，这是因为热水喷到燃烧物上时，能够迅速在燃烧物周围产生水蒸气，进而起到大面积隔绝四周空气的作用。一旦燃烧物缺少空气，火势便会很快变小。然而，要判断二者是否存在明显差异，没有定量分析，没有实验，是不能轻易得出结论的。另外，对于一些化工类产品，需要进行额外考虑，上述结论不一定成立。

月球上是否存在磁场，能否使用指南针或者类似的物品来辨别方向？

首先我们来了解一下指南针辨别方向的原理 。我们都清楚 ，指南针的红色一端是磁针的北极 ，白色一端是磁针的南极 。地球的地理南北极与地球磁场的南北极 ，除了有一个很小的偏角之外 ，刚好是相反的 。所以基于同名磁极相互排斥 ，异名磁极相互吸引的原理 ，指南针红色端指向北方 。

我们如今一般觉得月球几乎没有磁场，月球表面附近的磁感应强度大概在10-9T至10-8T之间，远远小于地球表面附近约5x10-5T的磁感应强度，而且月球不同位置处的磁场强度显著不同，磁场分布极为不均匀，不存在磁极，所以在月球上指南针应该是无法发挥作用的。

火车经过隧道时，耳膜会胀痛，那么，此时车厢内的气压是怎样变化的？又是为何这样变化呢？

By击水三千

火车快速驶入隧道，隧道中的空气受到挤压，空气迅速被火车劈向两侧，火车侧面气流速度因此增加，侧向压强减小。火车并非完全密闭，车内空气会向外漏出，气压减小，会引起耳膜胀痛等不适，这时可做吞咽动作或者张大嘴巴来减缓不适感。要注意的是，在这个过程中，不同位置处气压变化的原因有所不同 。火车前方因受力压缩，气压高于常压，火车后方因气体无法及时补充，气压低于常压，并且火车后方常因边界层分离导致附着涡流甚至湍流，火车侧面因气体流速快，气压低于常压。在分析流体力学问题时，经常会用到伯努利原理，不过使用该原理时要注意其适用条件。伯努利方程是基于定常的前提，基于无粘的前提，基于沿流线的前提，基于不可压的前提，对微流团所受的重力进行分析得到的，对微流团所受的压力进行分析得到的，对微流团动量改变量进行分析得到的，本质上是机械能守恒的结果，具体过程建议读者简单推导一下。

电池为何会存在保质期呢，未使用过的电池若超过保质期使用会出现怎样的反应，消耗的电去了哪里？

By 果壳2019

电池肯定是有保质期的！这个问题跟干电池的自放电现象相关。我们先来回顾一下中学所学的铜锌原电池：铜作为正极，锌作为负极，中间连接导线，将电极浸泡到电解液中，这样我们就能在外电路获得电流输出。要是我们把导线去掉，将铜锌电极直接接触并使其完全浸泡在电解液中，会出现什么情况呢？我想你肯定清楚，这与原电池并无差异。只是我们无法利用所产生的电能。要是铜电极很小，仅在锌的表面有一些分布，便会形成无数个微小的原电池，进而消耗电池的化学能。电化学腐蚀的原理亦是如此。的确，干电池的自放电是因电极表面或电解液中的杂质，抑或是电极表面不均匀导致的。电池的正电极会出现微电池腐蚀情况，电池的负电极也会出现微电池腐蚀情况。但通常情况下，自放电主要发生在负极。如果电极表面存在析氢电位低的杂质，就会出现析氢反应。铁是有害杂质，镍是有害杂质，铜是有害杂质，砷是有害杂质。所以，电池工业对电极中杂质浓度的控制相当严格，电池工业对电解液中杂质浓度的控制也相当严格，电池工业对工艺流程要求很高，电池工业对生产环境要求也很高。

电池经过较长时间贮存，自放电会使杂质在电极表面沉积，电解液变质，进而引起开路电压变低，持续稳定放电时间变短。电能最终都会变成热散失掉。

电磁炉为啥配铁锅？

By佚名

要明白使用铁锅的原因，我们首先来看一下电磁炉的加热原理 。电磁炉的原理是电磁感应现象 。利用交变电流通过线圈会产生方向不断改变的磁场 。处于交变磁场中的导体内部会出现涡旋电流 。这是涡旋电场推动导体中载流子运动导致的 。涡旋电流的焦耳热效应会使导体升温 。从而实现加热 。

要是仅仅依靠涡旋电流，难道所有导电材料都行？为何非要用铁锅？电磁炉用铁锅有三点优势：其一，铁质或合金钢，能凭借其高磁导率强化磁感，进而大幅增强涡旋电场及涡流热功率；其二，铁对磁场吸收充分，屏蔽效果极佳；其三，铁是人体必需元素之一。以上三点是铁质或合金钢独有的优点，其他金属不完全具备这些优点。另外，商用电磁炉是专门为铁质平底锅设计的，若使用其他材质的锅，都会因电阻率不匹配等原因，致使电磁炉负荷异常，进而启动自动保护，最终不能正常工作。

既然铁锅具备这么多优点，并且与电磁炉搭配得如此契合，那就继续在电磁炉上使用铁锅吧，铝锅之类的就无需考虑了。

云的主要成分是水滴，云的主要成分还有冰晶，水比空气重，冰也比空气重，那么为什么它们不掉下来呢？

By 时光的河入海流

答主小时候也曾有过疑问，那么大一块天上的棉花糖怎么不掉下来呢？然而实际上云是会掉下来的，只是掉下来的速度极为缓慢，这根本上是由于空气阻力的缘故。云中的水滴半径r很小，大约在几微米到几十微米之间，重量很轻，空气阻力不能被忽视，并且会随着速度的增加而增大，所以最终达到平衡时的速度，也就是收尾速度v很小 。这只是空气静止时的状况，在实际中云层附近存在风和上升气流，云基本上会随风飘动，也有一些在这个过程中消散了，毕竟小水滴会蒸发。其实可以更直观地思考，悬浮的小水滴，在天上被称作云，在地上被称作雾，看看雾滴的运动，是不是很缓慢？即使是大雨滴，也砸不死人，可见空气阻力的作用很显著。

具体来说，水滴会受到粘滞阻力，该阻力与半径和速度成正比，大小为6πηrv ，其方向向上，这里的η是空气的粘滞系数 。此外，水滴还会受到重力和浮力 ，它们的合力大小为

，方向向下。三力平衡可得收尾速度

由此能够看出该速度和r2成正比例关系，在r非常小的时候，速度同样很小。云中具有代表性的水滴直径大概是10-50 um，与之对应的下落速度大约是：3.0 mm/s-7.5 cm/s，这样落下来需要很长时间。而一旦小水滴聚集到一块，就能够迅速下落，要是直径为5 mm，那么速度大约是7m/s 。不过这是通过另一套公式来计算的，这是因为在此时，空气阻力是以压差阻力作为主要部分的，它与r2v2成正比例关系，所以前述的公式已经不适用了。

有趣的是，超微液滴收尾速度很慢，且与外力成正比，利用这一规律，能够精确地测定微小的力。还记得大名鼎鼎的密立根油滴实验吗？在物理上具有重要意义的元电荷e的大小就是这样定出来的！1923年的诺贝尔物理学奖就是这样诞生的。

绝对零度存在吗？

By

根据热力学第三定律，我们明白绝对零度是不存在的，此时系统的熵为零。热力学的四个定律属于最基础的客观规律，如同万有引力定律那般，我们无法从严格的逻辑上去证明它，只能借助一些物理图像去理解它，这就是定理和定律的区别 。从不确定性原理出发能得到最直观的理解，我们清楚体系的温度对应系统中粒子的平均动能，温度越低平均动能越小，然而不确定性原理表明，温度越低系统的量子行为越显著，粒子的动能永远不会低于其零点能，所以绝对零度无法达到。即便这样，我们处理诸多多体问题时会用到零温近似，我们觉得玻色子的零温分布是所有粒子凝聚到基态，费米子零温分布是所有粒子填满最低的一系列能级（依据泡利不相容原理）。毕竟不少系统只有在零温时才有严格解。

计算机如何生成随机数字？

Byπ和薛定谔的猫

我们都清楚，计算机所生成的是伪随机数。从本质来讲，算法是确定的，若给定相同输入，必然会得到相同输出。本质上，都是生成了一个种子，此种子包含一个长整型的值，并且借助一定特殊算法，让种子中长整型的值转变为一定的整型、长整型或浮点型数据。在Java里，种子产生存在两种方式，一种是输入一个长整型参量，另一种是不输入 。当不进行输入时，计算机会对计算机的时间（即当前时间与某个时间的差值，单位为纳秒）进行一定运算，之后产生一个参量，将该参量输入到产生种子的代码中。从这一点能够看出，计算机所产生的“随机数”是伪随机数很容易确定：当两个不同的种子，使用同一个数字作为产生的参量时，它们每次得到的同类型的“随机数”都是相同的。

每次产生一个随机数后，种子会把自身的值当作参量输入到一个偏移器中，种子中长整形的值会产生不固定增加，增加的值与原种子相关，通过这样的方法，产生了一串伪随机数。

一些命令能够产生呈高斯分布的伪随机数，有一种经典方法是Box - 算法，它的基本思路是生成两组独立的随机数U、V，这两组数据在（0，1]这个区间上呈均匀分布，然后用U、V生成两组独立的标准常态分布变量X、Y 。

这是一组期望为0的伪随机数，这也是一组方差为1的伪随机数。这个算法的原理是二自由度的卡方分布。

本期答题团队：

物理所李治林，Aaron Chen，还有可爱的你，葛自勇，大化所J.Baker，北理工文卿

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