北京
聽說吃1支雪糕=跑17圈？
那雪糕得多低溫度
才能抵消它帶來的熱量？
問答導航
Q1 為什么綠色是“安全”，紅色是“危險”？
Q2 為什么屁股是涼的？
Q3 為什么感覺肥皂難洗掉？
Q4 為什么普通玻璃在暗處倒影清晰？
Q5 為什么無線充上存在可擦去的特殊形狀？
Q6 為什么熱水比冷水結冰快？
Q7 小明能不能用實驗判斷絕對封閉且平穩高鐵的運動狀態？
Q8 理論上要吃多低溫度的雪糕才能抵消其熱量？
Q9 為什么吹風機能在短時間里出熱風？
Q10 一滴水有沒有可能浮起萬噸游輪？
Q11 假如陽光是絕對平行光，我們還能不能看到太陽？
Q1 為什么往往綠色表示“安全”，紅色表示“危險”？是自然進化選擇的結果嗎？
by 小布
答：
紅=危險、綠=安全，不是寫在基因里的“硬編碼”，而是人類視覺生理+進化偏好+社會約定三件事疊加出來的結果。
先看底層“硬件”。人眼在明亮環境下對綠光最敏感，這一波段正好對應自然界最常見的背景——植被。換句話說，綠色是我們長期適應的“默認底色”，亮度高、分辨輕松，看久了也不累。大腦在這種環境下更容易維持平穩狀態，這就是為什么綠色常被感知為“安全、正常”。
再看紅色。紅光波長更長，在空氣中不容易被散射，霧天、遠距離都更顯眼。從物理上講，它天然適合做“必須被看見”的信號。更關鍵的是，在演化環境里，血液、火焰、某些高能量果實都呈現紅色——它們不一定都危險，但都“很重要”。久而久之，大腦會優先處理紅色刺激，甚至牽動像杏仁核這樣的情緒中樞，讓你更警覺。注意，這是一種“更容易被觸發”的傾向，不是看到紅就一定恐懼。
真正把這套感覺固化為規則的，是現代社會。交通燈、警示標識反復使用紅停綠行，是因為兩者區分度高、紅光更醒目、綠光更適合長時間注視。一旦這種編碼被大規模訓練，大腦就會形成條件反射：看到紅先緊張，看到綠再放松。
所以你在路口踩剎車，不只是遵守交規——是視覺系統的物理特性、遠古經驗和現代設計，在你腦子里完成了一次“聯名”。
參考資料：
Goldstein E B. Sensation and Perception. Cengage Learning, 2014.
by 檸七
Q.E.D.
Q2 為什么屁股是涼的？
by 白云問酒
答：
中國有句俗語，“熱臉貼冷屁股”——事實上，臉和屁股的溫度的確有差異，這是它們不同的生理結構導致的。
圖片來源網絡
首先是脂肪堆積。臀部堆積著人體最厚的皮下脂肪，而脂肪的熱導率很低，因此內臟和深層肌肉的體溫被死死地“捂”在了里面，導致熱量很難傳到屁股表面的皮膚上。此外還有表面供血的因素。臀部的大血管埋在深處，皮膚表面附近的毛細血管也較少，因此熱量也很難通過血液循環，從身體內部傳到屁股表面。
人體不同部位的皮膚溫度[1]
而人臉則恰恰相反，人的面部脂肪層很薄，還有著豐富的毛細血管。為了給大腦和頭部維持溫度并散熱，頭面部的血液循環極其旺盛；較薄的皮下脂肪，讓溫暖的血液很容易把熱量傳導到皮膚表面。研究顯示，頭頸部是人體皮膚表面溫度最高的區域，約為33~35℃，而臀部/大腿區域溫度在32℃左右。看來所謂“熱臉貼冷屁股”并非虛言，而是勞動人民對生活經驗的精準總結~
參考資料：
Lee CM, Jin SP, Doh EJ, et.al. Regional Variation of Human Skin Surface Temperature. Ann Dermatol. 2019 Jun;31(3):349-352.
by 冰糕
Q.E.D.
Q3 為什么有時候肥皂特別難洗掉？是水的問題還是肥皂的問題？
by J.S.fan
答：
一個巴掌拍不響，是二者共同的問題（狗頭保命）。相信很多人都有過這種體驗：用肥皂洗手之后，手總是滑滑的，像是沒沖干凈。這種“滑滑的東西”其實是肥皂和水中的礦物質發生化學反應后產生的一種不溶性物質。
當水中的礦物質含量較高時更容易發生這種情況，這種水就是所謂的硬水，水硬度的簡單定義是水中溶解的鈣和鎂的含量。硬水含有高濃度的溶解礦物質，主要是鈣和鎂。
而肥皂是動物脂肪在堿作用下水解（皂化）產生的長鏈脂肪酸鈉鹽或鉀鹽的混合物，傳統肥皂可簡化表示為脂肪酸鈉鹽，和硬水中的鈣離子和鎂離子反應生成不溶解的硬脂酸的鈣鹽和鎂鹽 ：
這種反應產物不溶于水，會附著在皮膚表面，造成滑滑的、沒洗干凈的感覺。先回答到這，我去洗手了。
參考資料：
by Java
Q.E.D.
Q4 鏡子能成像，玻璃也能反光，為什么普通玻璃白天看不清倒影，晚上關燈后倒影卻特別清晰？
by 匿霜行川止
答：
普通玻璃在夜晚能映出清晰的倒影，主要是因為玻璃兩側的光線強度對比發生了逆轉。
任何普通透明玻璃都具備此光學屬性：讓絕大部分光透射，同時在表面反射剩余能量的光。在白天，室外的自然光照度極高。當你站在室內看向窗戶，玻璃依然忠實地反射了室內的光線。但從室外穿透進來的光線強度，往往是這層反射光的成百上千倍。這就好比在人聲鼎沸的集市里輕聲細語，你的聲音（反射光）被龐大的背景噪音（透射光）完全淹沒，視覺上自然就看不清倒影了。
到了晚上，情況發生反轉。室外失去強光源，透射進來的光線變得微乎其微。此時如果室內亮著燈，玻璃反射回來的那小部分室內光線，就成了進入你眼睛的主要光信號。就像在安靜的空房間里，一聲輕嘆也能被清晰捕捉。更重要的是，人眼并非一臺死板的測光儀，它的靈敏度會根據環境光動態調節。雖然身處亮燈室內的你并未真正進入“夜視模式”，但視覺系統對“暗背景下的亮度反差”更敏銳。當缺乏室外強背景光的壓制與干擾時，這百分之幾的微弱反光，就足以在暗背景的強力襯托下被眼睛輕松捕捉，呈現出清晰的倒影
相比之下，真正的鏡子之所以隨時能照出清晰的畫面，是因為它背面鍍有一層不透光的金屬膜。這層膜徹底阻斷了透射光，無論白天黑夜，你看到的都只有純粹的反射光。
說到底，玻璃表面的反射從未停止。它只是在白天被明亮的外部世界所掩蓋，又在夜幕降臨后，借著室內的燈光重新顯露了出來。
參考資料：
理查德·費曼,羅伯特·萊頓,馬修·桑茲.(2013).《費曼物理學講義（第1卷）》.上海科學技術出版社.
by 檸七
Q.E.D.
Q5 為何無線充會有這個磁鐵形狀的印記？用手可以擦去？
by 匿名
答：
從圖片中，看到這個污漬是有特殊分布的。從熱力學的統計分布來說，這樣特殊的分布在狀態空間中處于幾率非常小的位置，好比猴子隨機敲出了《莎士比亞》。因此一定是有特殊機制導致了這個現象。那么再結合這個是磁吸充電裝置，位置剛好對應 Qi2 / MagSafe 類磁吸無線充內部的磁鐵環，說明這很可能是磁鐵環把灰塵/金屬微粒“吸”出來形成的印記。最后提到手動可以擦除，則再次加強了這個判斷。網上也有灰塵增加了線圈距離，并引入了不均勻的間距導致的充電器效率下降的報告。
參考資料：
by 小被子
Q.E.D.
Q6 為什么熱水結冰，有時反而比冷水更快？
by 霜行川止
答：
在特定條件下，熱水確實有可能比冷水更快結冰。這在物理學上被稱為“姆潘巴效應”。但它并不是一條普適定律，而是多種物理機制在特定環境中碰巧疊加出的結果。
為什么起跑慢的熱水能追上進度？首先是蒸發帶來的微小“減重”。熱水在降溫初期，表面水分蒸發的速率略快于冷水。雖然實際損失的水量很少，但這意味著熱水最終需要凝固的總質量有一定程度的減少，完成結冰所需散發的熱量也隨之降低。
其次是對流與降溫路徑的差異。熱水降溫時內部溫差大，會形成持續的自然對流，就像有一把無形的勺子在緩慢攪動，將內部熱量穩步送到表面。相比之下，冷水降溫到4°C附近時密度達到最大，冷水下沉容易造成水體分層。這相當于給內部水體蓋了一層薄薄的流體毯，反而讓冷水的整體散熱效率略微放緩。
此外，還有一些常常被忽略的現實變量。比如熱水通常經過加熱，內部溶解的微量氣體逸出，這會在微觀層面影響冰晶的成核過程。再比如，如果把杯子直接放在結霜的冷凍室里，熱杯底會融化周圍的冰霜，讓容器與冷源接觸得更嚴實，局部導熱效率隨之升高。
正是因為蒸發、對流、溶氣量以及接觸面導熱等眾多微小變量的共同干預，熱水才在某些特定測試中實現了反超。換個杯子或者改變一下冰箱風向，這個現象可能就不復存在了。
參考資料：
趙凱華, 羅蔚茵. 新概念物理教程：熱學（第二版）[M]. 高等教育出版社, 2005.
by 檸七
Q.E.D.
Q7 設小明在絕對平穩、密閉且勻速行駛的高鐵里不知道自己所在的高鐵在勻速行駛，那小明能不能用任何的物理實驗判斷自己所在的高鐵是靜止還是在運動？
by 霜行川止
答：
答案是不能的。
這個有趣的問題背后是一個深刻的規律：相對性原理。一句話來概括，就是物理定律在所有慣性參考系中，形式完全相同。你無法通過任何物理實驗，來區分這個參考系本身是“絕對靜止”還是在做“勻速直線運動”。
什么是慣性系呢，就是指牛頓運動定律成立的參考系，其中不受外力作用的物體將保持靜止或勻速直線運動狀態。
而小明所處的環境就是一個標準的慣性系：絕對平穩，即在除了列車運行方向以外的任何自由度上都沒有加速度；密閉，即看不見窗外，失去了外部參照。所以在這種情況下，無論他做什么實驗，結果都與在靜止的車廂里完全一致。
by 跑馬仔
Q.E.D.
Q8 有一天在路上看見冬天還在賣雪糕，有端聯想，既然雪糕溫度很低，吃到人體內后會吸收人體的熱量去融化它，但是雪糕本身也會有一定的能量，所以就理論而言我們大概吃多低溫度的雪糕才能抵消雪糕里的能量？
by 啟航
答：
很有意思的問題，可以用能量守恒算一算，先說結論：我們不可能靠“把雪糕做得更冷”把它的熱量完全抵消，即使把雪糕冷到液氮溫度也只抵消一小部分熱量。下面展示關鍵數據、公式和計算過程。
吃下一份質量m的雪糕時，人體要把它從初始溫度 加熱到體溫 攝氏度，并把其中冰的部分融化。近似把雪糕當作“半固體”處理，所需吸熱（由人體提供）為 其中c是雪糕的比熱（凍結/接近凍結時取約 ） 、L是雪糕的有效熔化潛熱（約 ）。
雪糕化學能（我們常說的“卡路里/食物熱量”）以100g雪糕約Efood≈200kcal為例，換算為焦耳： （每 100 g）。
若取 m=0.1 kg，采用 ， 代入計算：
若雪糕 ℃ （常見保鮮箱溫度），則 相比于食物能量 8.36×10^5J，只抵消約4.1%。
若雪糕極冷， ℃ （干冰表面附近），得到 ，抵消約6.0%。
若用液氮溫度 ℃ ， ，抵消約 9.8%。
若要求完全“抵消”，根據公式 ，代入典型值會得到極端的負溫（例如約 ），顯然不現實——這相當于要求材料冷到絕對零度以下，物理上不可能。
綜上，雪糕變得再冷，也不能把它的化學能（卡路里）完全靠吸熱來抵消（即使到達絕對零度）；常見冷藏溫度下抵消比例極小（約 4%）。
參考資料：
by 靈境
Q.E.D.
Q9 吹風機是什么原理？為什么會在這么短的時間內吹出熱風？
by A student
答：
簡單地說，吹風機的原理是電熱絲的“力大磚飛”和風扇的“強制對流”。吹風機的核心部件有兩個：風扇和電熱絲。風扇負責吸入新鮮的冷空氣，并強迫冷空氣穿過熾熱的電熱絲，形成強制對流，極大提升了空氣和電熱絲之間的熱交換效率。電熱絲近似是一個純電阻電路，幾乎全部的電能被轉化為熱能，其加熱功率為：
別看電吹風體積不大，電功率卻很大：一般能達到1千瓦以上，甚至比一些小型空調更大！這些電能中大部分被電熱絲用于加熱空氣，因此，吹風機能夠持續吹出大量熱風，吹干我們頭發上的水分。
by 冰糕
Q.E.D.
Q10 一滴水有沒有可能浮起萬噸巨輪？
by 安昊洋
答：
這個問題根據我們中學時所學過的知識，物體所受的浮力等于其排開的水的重力，只與排水量有關而與總水量無關。所以很少的水也可以浮起很重的物體。對于這個問題，我們只要一個和巨輪完全契合的容器，然后讓一滴水鋪開，覆蓋住巨輪的表面。這雖然在現實中難以實現，但理論上是可以做到的。
這只是對阿基米德原理的一種理想實驗，意在幫助我們更好地理解浮力的本質。
但是較真地來講，以上都是我們從宏觀的視角去考慮這個問題，它在微觀角度卻有著意想不到的情況。我們必須考慮，一滴水能否覆蓋得住一艘巨輪。那么我們就需要計算一滴水如果完全平鋪開來，也就是只有一層水分子，它的面積有多大。按一滴水0.05毫升來計算（水分子直徑約為2.8埃，保持水分子間氫鍵不斷裂，最大分子間距可達3.5埃），那么一滴水鋪開的面積大約在180平方米，這顯然是無法覆蓋一艘萬噸巨輪的。
所以，一滴水即便是在理論上也是無法浮起萬噸巨輪的。
by 跑馬仔
Q.E.D.
Q11 假如陽光是絕對平行光，我們還能看到太陽嗎？
by 匿名
答：
先說結論：可以看到，不過只能看兩次——左眼一次，右眼一次。目前的太陽發出的是發散光，在地球上觀察，可以視為一個面光源。光線從太陽的不同部位射入我們的眼睛，具有微小的角度差。我們的晶狀體將這些不同角度的光線聚焦在視網膜上，形成了一個圓盤狀的像。
假如把太陽當成一個極遠極遠的星點，遠到它發出的光近乎完全平行，我們還能看到太陽嗎？讓我們復習一下初中二年級學過的凸透鏡成像：平行光經過凸透鏡后，會聚焦在一個極小的焦點上。此時我們看見的太陽，將會是一個極小、極亮的點。直視我們生活中常見的“發散光太陽”，本身已經很危險了，“平行光太陽”在視網膜上成像的面積要小得多，聚焦的太陽光會迅速燒壞視網膜——因此，這個“平行光太陽”，一個人恐怕只能看兩次了。
最后，無論是什么樣的太陽，直接目視都很可能灼傷視網膜，大家一定不要直視太陽喲！
by 冰糕
Q.E.D.
投票 本期答題團隊
冰糕、跑馬仔、檸七、Java、小被子、靈境
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