为什么湿身时穿衣服会粘在身上？科学解释水的表面张力作用

am928 · 发表于 2025-3-25 06:49:13

不少人都有过骑自行车的经历，当自行车轮胎没气时，骑起来是很费力的。

问答专栏的小伙伴与这个问题起了争执，耗费了不少脑细胞，真让人无奈呀！

小编也是醉了，既然骑着很费力，举着不就好了吗？

（安静的吃手手）

为什么刚刚洗完澡身体尚未擦干时穿衣服，衣服会“粘”在身上?

by 春江潮水

干的衣服因为面料本身具有可折叠性，当它与干的皮肤接触时，由于接触面是凹凸不平的，所以它们之间通常不会产生力的作用（这里不考虑冬天干燥环境下的静电作用）。皮肤上有水时穿衣服，水会因浸润作用附着到衣服表面和内部，填满衣服缝隙。此时水分子与皮肤、衣服的距离极小，又因水的表面张力作用，水会对接触的衣服和皮肤产生吸引力。宏观上表现为衣服“粘”在了身上。

By Nuor

灯为什么会亮？

by学佳

电灯主要有白炽灯、荧光灯和LED。

白炽灯的发光原理为热辐射发光。在白炽灯里，通电后的钨丝温度能达到 2000 多摄氏度。其内部的电子、原子和分子都在剧烈地运动着。其中有一部分处于不稳定的高能状态。当电子、原子或分子从高能态跃迁到低能态时，可能会以辐射光子的形式将多余的能量释放出来。

荧光灯又叫日光灯。它看上去是一根白色的管子，其两端各有一根灯丝。灯管内充有微量的氩气以及稀薄的汞蒸气。灯管的内壁上涂有荧光粉。在接通电源后，凭借启辉器的配合，镇流器会产生超高电压，从而使灯管的阴极能够发射出电子。紫外线照射到荧光粉上，使荧光粉发出可见光。

发光二极管（Light Diode）的缩写是 LED。其核心部分是由 p 型和 n 型半导体组成的芯片。p 型半导体中以空穴为主导，n 型半导体中主要是电子主导。在 p 型和 n 型半导体之间存在一个过渡层，叫做 pn 结。当电路接通后，电子和空穴在电势的作用下发生复合，放出光子进而发光。LED 比传统的白炽灯节能，比传统的荧光灯节能，而且寿命比传统的白炽灯长，寿命比传统的荧光灯长，它是未来的主流光源。

By 煦天

询问前辈，怒发冲冠这种情况有可能发生吗？因为头发，尤其是长发是很柔软的，那么这种力量该如何去分析呢？在历史书中，似乎有不少怒发冲冠的记载。并且为什么一定要在生气的时候头发才会立起来呢？用静电让头发立起来，这种立起的头发能够支撑起帽子吗？

by弦风

当人处于异常愤怒、开心、激动或恐慌的状态时，肾上腺激素会大量分泌。此时，头皮的立毛肌会立刻收缩，从而使毛发直立起来。然而，由于头发具有柔软性，所以帽子可能会向上冲，大概会冲起 0.3cm 左右。当然，作为一个合格的物理爱好者，每当解不出物理题时，双手会不由自主地去摸范德格拉夫起电机（也就是静电球）。假设你多年醉心科研且没洗头，头已经秃了，只有两根像钢铁一样硬的头发（这两根头发依然是导体）。你的帽子是完美的绝缘体，不导电，并且能完美地在头发上保持平衡，其重量为 100g。你的头发长度为 10cm。为了方便计算，再次假设你处于真空中。电子为了让帽子“冲”起来，会自发聚集到头发的两侧，而两根头发以头顶为中心呈对称分布（忽略头发自身的重力）。此时，可以利用库伦定律。

，

要想让冠“冲”起来，Q 大概是 10 到 5 的量级。考虑到电流的换算，再除以时间，得到的电流不到 0.1mA。嗯，这个电流属于安全接触电流范围内，是没问题的。当然，作为一个勤劳、干净、爱卫生、不秃头、不生气且不在真空中工作的科研工作者，除非风太大，否则帽子一般都是好好的。

By Nuor

为什么手机相机镜头那么小，可以拍到那么大的范围？

by学佳

在光学仪器里，以镜头的中心当作顶点，能够通过镜头进行有效成像的最大范围的角度，被称作视场角。视场角要是越大，视野范围就会越宽广，其示意图如下。

视场角

如下图，u 表示物距，v 表示像距，f 表示焦距。对于 A 点，当光线通过透镜且 C 点和 O 点的像叠在一起时，能够清晰成像。可以想象，当焦距 f 变大时，A’点会向后移动，此时所成的像会更大。然而，对于相同尺寸的成像元件而言，其视场角会变小。

镜头焦距短则视场角大，同时所成的像小。例如，焦距为 135 毫米的镜头，其视场角小，仅 29°，所以只能拍摄景物的一小部分，然而在底片上的成像很大，能清晰展现景物的细部。长焦距镜头能像望远镜那样，拍摄清楚远处的人或景物。镜头焦距是 50 毫米的被称为“标准镜”，其视场角为 47°，成像大小较为适中。焦距为 35 毫米的镜头，它的视场角比较大，达到 64°，然而成像相对较小。

现在一般手机镜头的等效焦距大概在 30mm 上下。某些手机的超广角镜头能够低于 16mm。所以，尽管手机镜头尺寸很小，然而其拍摄范围却可以很广。

手机的实际焦距仅有几毫米。因为视场角的大小和感光元件尺寸存在关联，所以大家习惯把在不同尺寸感光元件上成像的视角，转化为在 135 相机上同样成像视角所对应的镜头焦距，而这个经过转化后的焦距就是等效焦距。简单来讲，是以 135 相机作为一种标准，把非 135 规格相机的焦距折算成 135 相机的焦距，这样能让人更易理解。大家如果感兴趣可以进一步查找相关信息。

By 煦天

磁悬浮列车是怎么动起来的呀？

by物理小新～

磁悬浮列车通过直线同步电动机的原理来驱动。它所依靠的基本物理原理是法拉第电磁感应定律。法拉第电磁感应定律可简单理解为，若穿过导体的磁通量发生变化，那么导体上就会产生电动势。

具体而言，线圈被铺设在轨道上，接着通入一个三相交流电，这样一来，在轨道与列车车体之间的空隙处就会产生变化的磁场。而安装在列车上的导体，由于电磁感应定律会产生电流。有了电流之后，就会产生一个与原有磁场相反的磁场。最终，就在轨道与列车之间产生了动力。

列车行驶时，车头处的 N 级磁场会被轨道上车头前端的 S 级所吸引。同时，车头处的 N 级磁场会被 S 级后端的 N 级所排斥。这就产生了推力。接着，轨道断电磁场消失，列车凭借惯性继续前进。之后，轨道通入与之前相反的电流，产生与刚才相反的磁场。此时，车头前段的 N 级受到排斥，后端的 S 级受到吸引。这样就实现了列车的连续驱动。

By

我是一名初三学生。我想问，既然滑动摩擦力大小和接触面积无关，那为什么骑自行车的时候，轮胎没气了就会骑得更加费力呢？

by 祁梦

由于阻碍车轮转动的阻力力矩有所增大。首先，车子向前行进与滑动摩擦并无关联，而是静摩擦力促使车子前行。然而，从整体来看，可以将其视为车轮与地面的滚动摩擦。

我们先来讲讲静止的车轮。在这种情况下，车胎内的气压是均匀的。然而，由于接触面积存在不同，所以支持力的分布就如图所示。

各点支持力的合力与重力大小相等且方向相反，此合力通过轮轴，且在这一过程中没有力矩被引入。当主动轮开始滚动时，因为存在动力矩，所以轮胎左右两侧的支持力分布变得不均衡。此时，支持力的合力不再通过车轴，而是会引入一个力矩，情况如下图所示。支持力的力矩会对车轮的转动起到阻碍作用。

轮胎没气时，车胎内的气压会变小。气压变小后，接触距离面积会变大，同时接触距离也会变长。由于支持力合力的力臂变长了，所以阻碍力矩也变大了，这就导致骑着更加费力了，示意图如下。

公式：【F=P·S（力=压强·面积）】

【M=L x F（力矩=力臂×力）】

By煦天

为什么粉笔大多数时候掉到地上总是会摔成两半呢？

by匿名

粉笔掉在地上会摔成两半，弯曲意大利面时很难得到两段，这两个问题有相似之处。2015 年，悉尼大学的 Rod Cross 教授结合实验对粉笔摔在地上断裂成几段的情况给出了解释。

他首先选用了长度为 78mm、直径为 11mm 的粉笔。通过高速摄影机，他发现了粉笔从不同高度摔落在地上的不同现象：当粉笔从低于 30 厘米的高处落下时，一般不会摔断；从 30 厘米到 40 厘米的高处落下时，一般会从中间断为两截；在 40 厘米以上的高处落下时，一般会断为不相等的三截；在高于 50 厘米的高度落下时，偶尔会断为不相等的四截。[]

粉笔下落时，其一端先碰到地面，接着竖直向上反弹。此时，地面对粉笔突然施加了一个力矩。倘若粉笔的速度足够大，那么地面对它施加的这个力矩就会致使粉笔直接断裂成两段，而断裂的位置通常是在接近中心位置的缺陷处。如果粉笔的速度不够大，无法直接断裂。当粉笔一端触碰到地面时，它两端的速度大小是相同的。后落地的那一端，在突然施加的力矩作用下，在落地时会获得比先落地一端更大的速度。如果这个速度足够大，也会导致粉笔断裂。这就是粉笔断为两段的情形。

每次碰撞都会有一定的能量损耗。当粉笔在较低高度落下时，它会多次在地面反弹且不会断裂；而如果粉笔在较高处落下，它首先会断裂成两段，接着未触地的那一段在下落速度足够大时很有可能会再次断裂成两段，这就出现了断裂为三段的情况；倘若首先断裂的那一段速度足够大，当它的另一端触地时也可能会发生断裂，这便是断裂为四段的情况。如图所示：

综上，特定长度的粉笔落地断裂的段数与落地高度有直接关联。同时，粉笔断裂的方向以及位置与粉笔的内在缺陷分布有关，也与粉笔落地的倾角有关。

题者经常遇到粉笔摔成两半的情况。首先，因为场景有限制，高度通常不会改变，所以在特定高度下，粉笔断裂的段数是固定的，这就是经常能观察到粉笔摔为两段的原因。同时，上文提到的具体高度与粉笔的材质以及缺陷数量有很大关联，对于具体的粉笔，其对应的断裂高度很可能是不同的。

参考：The 53, 13 (2015)

By 勿用

本期答题团队：

物理所煦天、Nuor、、勿用

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