手機，作為日常生活的必需品，想必大家都已不陌生，手機屏上躍動的指尖，是"刷微博、逛淘寶、發朋友圈"永恒不變的信仰！

本期物理君為你解惑——

為什麼手指能滑動手機屏幕？

什麼樣的材質能滑動手機屏幕？

屏幕沾水會怎樣？

最後，請拿起手機，用您靈巧的手指，向上滑動，享用“一問一答”為您呈現的知識盛宴吧！

1

Q

為什麼鋼化玻璃敲邊緣比敲中間容易碎？

by 狒狒

A

先介紹一下鋼化玻璃是怎麼生産出來的。一種生産鋼化玻璃的方法是将普通退火玻璃加熱到軟化溫度，然後再将其急速冷卻。急速冷卻過程中，玻璃表面被冷卻至退火溫度以下，快速硬化，形成固态外殼；而内部的玻璃還處于液态，慢慢冷卻時會拉着固态外殼收縮，讓表層玻璃（固态外殼）受到巨大的壓應力，相應地，内部的玻璃則被固态外殼拉向四周，受到的是張應力。魯伯特之淚也是這個原理。

當鋼化玻璃受壓時，外力首先要抵消玻璃表層的壓應力，從而提高了玻璃的承載能力。從這我們可以知道，鋼化玻璃抗沖擊性能好的原因是其表面具有壓應力。但是鋼化玻璃的邊角區域往往會應力集中，屬于比較脆弱的區域，因此敲擊邊緣容易碎。汽車的側窗玻璃就是鋼化玻璃，細心點就能發現，逃生錘的使用指南上說要敲擊側窗玻璃的邊角，原因就是敲擊側窗玻璃邊角容易使玻璃出現裂縫，進而應力釋放會讓整塊玻璃碎成渣渣，便于逃生。

By 重光

2

Q

為什麼遠程輸電要用交流電呢？

by 匿名

A

當電流I通過電阻值為R的電阻時會産生熱量，所産生的熱量Q=I²Rt。

電線存在電阻，因此輸電的時候就會發熱損耗一部分能量，電線越長則損耗的能量就越多。從公式來看，降低R或者降低I都可以減小Q。對于降低R來說就是選擇合适的電線材質。

發電廠發出的電功率是一定的，它決定于發電機組的發電能力，根據P=UI，若提高輸電線路中的電壓U那麼線路中電流I一定會減小，因此能量損耗就小。早期制造高壓直流電比較困難，而交流電在技術上要容易很多，因此就一直在發展高壓交流輸電。事實上高壓直流輸電具有很多的優點，具有很好的發展前景。

By Patwf

3

Q

正弦交流電的有效值為什麼等于最大值除以根号二?

by 慚愧物理生

A

讓我們先看一看交流電有效值的定義：在相同的電阻上分别通過直流電流和交流電流，經過一個交流周期的時間，如果它們在電阻上所消耗的電能相等的話，則把該直流電流（電壓）的大小作為交流電流（電壓）的有效值。

在上述情況中，消耗的電能變為熱能Q，單位時間内産生的熱量等于電壓的平方除以電阻，對于正弦交流電來說，其電壓E=E_msinωt，周期T=2π/ω。正弦交流電的電壓在随時間變化，要計算其一個周期産生的熱量需要進行積分。我們假設直流電的電壓為U，電流通過的電阻而R，則有：

，

解上述方程便可以得到：

。

By Patwf

4

Q

遊标卡尺的工作原理是什麼？

by 匿名

A

遊标卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的遊标兩部分構成。主尺一般以毫米為單位，即一格刻度對應1mm，而遊标上則有10、20或50個分格。以10分格為例，其10個分格加起來一共是9mm，即每一個刻度對應着0.9mm。

如圖所示，被測小球的直徑實際長度是遊标的刻度0所指的位置。但這一位置位于主尺的兩個刻度之間，即其直徑在2.2cm到2.3cm之間，隻能精确到1mm。十分度的遊标卡尺可以提供0.1mm的精度。度數時先讀出0刻度左側的數值，然後再看遊标第幾條刻度與主尺刻度重合，乘以0.1mm加到主尺度數上即可。

假如遊标的0刻度正好處于2.2cm的位置，則遊标的刻度10正好位于3.1cm處，因為遊标的刻度之間間距為0.9mm，此時前9個刻度都不會與主尺的刻度重合。對第一刻度來說，其位于2.3cm左側1mm-0.9mm=0.1mm處，因此當遊标的0刻度往右移動0.1mm時，其第一條刻度便與主尺重合了，此時測量的長度便是2.2cm 0.1mm=2.21cm。而當0刻度往右移動0.2mm時，刻度1跑到了2.2cm右側0.1mm處，但此時刻度2則正好與主尺刻度重合了，因此測量的長度便是2.2cm 0.2mm=2.22cm，以此類推。

By Patwf

5

Q

手指能滑動手機屏幕，有些東西卻不能。什麼樣的材質才能滑動手機屏幕呢？

by 石頭門

A

現在絕大多數智能手機屏幕都是采用電容式觸摸屏，當手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分别從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精确計算，得出觸摸點的位置。也因此，隻要利用的材質和手機屏幕創造電容就行，導體比如說：蘋果皮、西瓜皮、香蕉皮等等都能滑動手機屏幕。絕緣體比如說厚紙張、塑料、橡膠是不行的。

此外，當手上沾了太多水時取觸摸屏幕，由于屏幕上會産生太多感應位點，無法計算出準确的觸碰位置，因此會産生觸控漂移的現象，屏幕也就不靈敏了。

By Nuor

6

Q

為什麼人會陷入流沙？

by llovemjxy

A

從力學角度分析，人走在任何地面上，都會給地面施加壓力。人與地面的接觸面越小，則産生的壓強越大。所以走在較薄的冰面上時，四肢着地趴着會更加的安全。同樣的道理，人走在沙漠裡會對沙子施加壓力。通常沙漠的沙粒堆積的很密集，沙粒和沙粒之間的空隙很小，且沙粒之間的摩擦力很大，因此踩上去并不會有什麼影響。但當沙子中混有水和黏土時情況就不一樣了，此時沙粒之間的摩擦力減小，沙子的流動性也在增強，即流沙。流沙常出現在地基不穩的沙漠地帶，這片沙漠下邊都會有水源。當人踩上去後沙灘hold不住較大的壓強就會形變，人腳也就開始下陷。事實上就是重新獲得力來與重力平衡的過程，因此人陷入流沙後隻要不劇烈的掙紮就不會被淹沒。因為沙子的密度比人要大，随着人的不斷陷入，所受到的浮力也會越來越大，最終會陷到腰或者胸腔的位置。

By Patwf

7

Q

為什麼有些金屬離子在水中有顔色而有些沒有？顔色又是怎麼産生的呢？

by 亦非

A

在水中有顔色的金屬離子往往是過渡金屬離子。

因為過渡金屬有一個未充滿的價殼層d軌道，所以過渡金屬往往有不止一種氧化态。當過渡金屬離子與中性或帶負電的配體結合時，它們會形成所謂的過渡金屬配合物。配體通過共價鍵或配位鍵與中心離子結合。常見配體包括水、氯離子和氨。

當一個配合物形成時，因為有些電子更靠近配體，過渡金屬離子的d軌道形狀會發生變化，這樣就會發生d軌道的分裂：有些d軌道進入高能級，而另一些則進入低能級。這樣就形成了一個能隙。電子可以吸收光子，從低能級躍遷到高能級。被吸收的光子的波長取決于能隙的大小。（這就是為什麼s和p軌道發生分裂時不會産生有色複合物。因為形成的能隙比較寬，吸收的光子處于紫外區域，肉眼觀察不到。）

另外，過渡金屬由于具有未充滿的價殼層d軌道，所以有人将鋅、镉、汞排除在過渡金屬之外，因它們有充滿的價殼層d軌道。根據化學常識我們知道，Zn² 在水中是無色的，這與其d軌道充滿了電子有關。

By 重光

8

Q

為什麼很多物理方程中都有π這個數？

by 平行宇宙

A

首先，π是數學上的一個定義值，為圓的周長和直徑的比值。常見的數學概念三角函數，傅裡葉變換，球積分，留數定理，正态分布等概念中都含有π的概念，而又因為這些概念應用極廣，引申到其他學科，比如物理，工程，經濟等學科，使得π的傳播異常廣泛。

在物理學中，π這個常數出場率最高的在電磁場方程中，比如說：庫倫定律、磁場強度、格林函數等，這些方程中π多多少少都有出現。當以庫倫定律為例，在國際單位制（SI）下，其表達式為：

庫侖作用力的系數是通過實驗測定的，其系數應該為一個定值（高斯單位制規定其為系數為1，國際單位制規定為以上表達，含有π），在推導麥克斯韋方程組時，利用高斯定理需要對電場進行積分，由于球面的面積包含π，引入π的乘法，最後推出麥克斯韋方程組結果中不含有π（當然高斯單位中由于中途引入含有π）。此時可以看出π是由于球面積分的作用引入的。

π另一個出場率較多的是在動量空間中的各種量的求解中，這是因為實空間和動量空間的轉化需要做傅立葉變化，在這個過程中，π作為歸一化因子引入方程中。計算統計物理的時候，π也會出場，此時其是因為相空間的積分引入的。量子力學中，量子力學中普朗克常量本身就隐含着2π的關系，由于對易關系：

将這個含有π的量引申到量子力學的方方面面。

By Nuor

本期答題團隊：

物理所 重光、Nuor、Patwf

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