你是否也總是聽媽媽說 可樂會腐蝕骨頭 造成骨質疏松 這究竟是真是假？ 我抱着可樂深思

答：

防空警報的聲音是由防空警報器發出的。防空警報器分為電動型和電聲型。

電動型警報器依靠機械方式發出聲音，分為立式和卧式。其核心結構就是兩個輪子，一個固定的，稱為定輪，一個可以轉動的，稱為鳴輪。發出警報時，鳴輪在電動機的帶動下高速轉動，轉速最高可達到2880轉/分鐘，帶動空氣從進風口進入警報器，高速的空氣收到擠壓從定輪的音窗擠出同時産生共鳴，發出聲音。而電聲型警報器則是将電動警報器的聲音數字化，利用數字音頻信号發生，再經過大功率揚聲器進行放大輸出，是一種數字信号。

警報器原理圖

警報器發出的聲音洪亮，在無遮擋、無幹擾的情況下可以傳出數公裡遠。但在城市環境中，警報聲容易受到城市建築物的遮擋，同時城市中充斥着許多噪音源，因此單個警報器很難做到大範圍警報。要想全區都能聽到，也很簡單：多裝幾個警報器就是了

。别笑，這是真的，在合适的位置安裝警報器也是一門學問呐。

Q2請問白熾燈裡的鎢絲在通電後發光的原理是什麼？日光燈燈管和LED燈發光的原理又是什麼呢？

答：

白熾燈主要是靠電流加熱燈絲達到白熾狀态時發光的。白熾是指物體在高溫時自發發出電磁輻射的狀态，是熱輻射的一種特殊情況。實際上，任何固體或液體在高于大約525℃時，都會開始發光，顔色略帶暗紅色。而随着溫度升高，物體發出的光更亮，顔色從紅色變為白色最終變為藍色。物體白熾溫度通常很高，因此對燈絲的要求就是耐高溫，我們常用的白熾燈之所以選擇鎢絲也正是因為此。不過白熾燈發光效率很低，大部分能量都以熱量的形式散失掉了。優點則是顯色性好。

至于日光燈和LED燈，篇幅所限，我們僅作簡要介紹。

日光燈的發光原理是汞的電離，日光燈由鎮流器、啟輝器、燈管組成。接通電路後，電壓使啟輝器中的惰性氣體電離，産生輝光放電，加熱燈絲放出電子，這時由于機械裝置電路斷開，鎮流器由于自感産生大電動勢，電子在電動勢作用下電離燈光中的氩氣，在燈管中營造一個導電的等離子體環境，同時産生熱量，而上述過程一直持續到燈管的熱量可以使燈絲持續釋放電子，這就是啟動過程。啟動後，燈管中的電子可以激發汞蒸氣的外圍電子，受到激發的汞外層電子回到基态，同時放出光子。不過，汞的電離放出的光線波長為253.7nm和185nm，為紫外線，紫外線通過熒光粉塗層轉換為可見光。

LED，即發光二極管，由一個PN結組成。當給發光二極管加上正向電壓後，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近複合，産生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴複合時釋放出的能量多少不同，發光顔色也就不同。

Q3聲音的音色會在其波形上表現出來嗎?

答：

會的哦。

我們知道，聲音的三要素為：響度，音調和音色。響度由振幅決定，音調由振動頻率決定，音色由發聲物品的材質決定。對于不同的材料，振動産生的波形是不同的，因此産生了不同的音色。

上，正弦波，中，小提琴，下，鋼琴

以鋼琴為例，當琴錘敲擊琴弦後，琴弦會振動發聲。每一根琴弦都有它的固有頻率，這個頻率就是它的音高。但是琴弦并不隻有固有頻率一種振動方式，它同時會産生這個頻率的二倍，三倍等等許多頻率的振動。

不同的材料，他們的泛音所占的強度比是不同的，因此會出現不同的波形，也就是我們說的聽到的不同的音色。即使對于同一種琴弦，輕敲（能量低，泛音少）與重敲（能量高，泛音多）的音色也是不同的。

Q4碳酸飲料喝多了會造成鈣流失嗎？

答：

有可能會！

關于碳酸飲料的危害，一直都存在一定争議，不過近年來的研究倒是消除了不少碳酸飲料的負面消息。

首先是題目中提到的鈣流失。某些碳酸飲料确實有可能造成鈣流失，不過罪魁禍首不是碳酸，而是磷。酸确實會溶解碳酸鈣，但碳酸的酸性還不如醋酸，那山西人豈不是沒有“硬骨頭”了，所以僅從酸性的角度看，碳酸影響不大。但某些碳酸飲料會添加磷酸或磷酸鹽來增加飲料的風味，有理論認為過量的磷會影響骨鈣的吸收，造成鈣流失。不過另一方面，磷同樣是人體必需元素，成年人适宜的磷攝入量是每天700毫克，這至少需要攝入10罐330ml裝的可樂，而磷的耐受值3500毫克。不過人體也可以從其他方面攝入磷，因此，我們能喝的可樂變少了。所以結論是：對于身體健康的成年人，在鈣攝取充足的前提下，适量喝汽水不會損害骨骼，也不會導緻骨質疏松。再強調一遍：對于身體健康的成年人，在鈣攝取充足的前提下，适量喝汽水不會損害骨骼，也不會導緻骨質疏松。也有研究表明，可樂飲料與女性髋骨骨密度降低有關，其他碳酸飲料則沒有此現象，其原因可能與咖啡因有關。所以，千萬不能拿碳酸飲料當水喝！

現代人其實還在關注碳酸飲料對牙齒的損害。碳酸飲料對牙齒的危害主要有兩個方面：飲料的低PH 值對牙齒表面的直接腐蝕、破壞；碳酸飲料中的可發酵糖擴散到牙菌斑，經微生物發酵産酸，引起齲病及牙酸蝕症。而且碳酸飲料的發泡作用會加劇上述兩種破壞的程度。研究表明：将離體牙齒泡在碳酸飲料中可以明顯觀察到牙釉質損傷，直接飲用飲料損傷輕一些，用吸管則可以明顯減輕牙齒的損傷，飲用後刷牙或漱口效果不大。因此，為了保護牙齒，應減少飲用碳酸飲料。

雖然碳酸飲料的危害可能沒有大家想象的那麼大，但飲料中的糖分、咖啡因等确實不宜過多攝入，因此，大家還是控制碳酸飲料的飲用。最好的飲料還是白開水。

Q5是奧斯特先發現了電流的磁效應，然後法拉第才發明的發電機，那麼，奧斯特哪來的電呢？是閃電轉換而來的嗎？

答：

人類利用電的曆史遠比法拉第發明發電機要早。

早在十八世紀，人們就發明了原始的電容器——萊頓瓶，并用它來儲存靜電、用做電學實驗的供電來源[1]。典型的萊頓瓶是一個玻璃容器，内外包覆着導電金屬箔作為極闆。瓶口上端接一個球形電極，下端利用導體（通常是金屬鎖鍊）與内側金屬箔或是水連接。充電之後瓶子内外的金屬箔就會帶上符号相反的電荷——至于怎麼充電，先賣個關子。

十八世紀末，伽伐尼發現死青蛙腿在接觸到電火花的時候會痙攣并産生電力[2]——當然他對這一現象的解釋受到了時代的局限。受伽伐尼啟（争）發（論），伏打（就是電壓單位的那個伏特）發明了人類曆史上第一個原電池——伏打電堆[3]。伏打注意到了不同種金屬通過鹽水接觸時會産生電流，1800年，伏打堆疊了幾對交替的銅或銀以及鋅盤（電極），其中用浸有鹽水（電解液）的布或紙闆隔開，就制成了伏打電堆。

翻回前面賣的關子。法拉第的能夠輸出電流的發電機确實要到19世紀中葉才被制造出來，但是在此之前，人們已經能夠制造靜電發電機，并用來給電容器充電了。德國發明家奧托·馮·格裡克在1663年就制造出了初始形态的摩擦發電機，通過摩擦一個硫球來起電；之後，艾薩克·哪裡都有我·牛頓把硫球替換成了玻璃球；到了1787年——比法拉第發電機早大約50年的時候——經過不停改進的靜電起電機已經可以用于醫療目的。經過二百多年的發展，靜電發電機在20世紀初葉進化出了高達形态——物理課本上介紹過的範德格拉夫起電機[4]。

Q6假如把地球掏一個貫通的孔（通過地心），不考慮溫度因素，在孔口放一個小球，最終小球會停在地心處嗎？

答：

省流版：忽略阻力的話，不會。

我們把地球抽象成質量均勻的理想球體，半徑為R，并忽略開孔對地球質量分布的影響。當質量為m的小球距離地球球心為r(r＜R）時，小球隻受到一個半徑為r的球的引力，半徑從r到R的球殼對小球的引力合力為零。所以小球在r處受力為。負号代表力的方向與坐标方向相反。這是一個簡諧運動！地球對小球的作用，就像一根超長的彈簧一樣，使得小球以地心為平衡位置做周期性的簡諧運動。

地球開孔示意

下面我們來證明一下球殼對内部點的引力合力為零：

對于一個厚度為d的很薄的球殼，以球殼内任意一點為頂點構造一對對頂的圓錐，圓錐的頂角θ很小，這樣球冠的面積就可以用圓錐的底面面積代替（雖然看起來這是一個近似，但是就像微積分一樣，隻要θ取得足夠小，這一代替就是準确的），球冠中紅色部分對應的體積就是,這一部分對A點的引力就是，這是一個常數！因此對頂圓錐對應的兩個球冠（紅色和藍色部分）對A點的引力互相抵消。保持A為中心不變，改變θ，總有兩個對頂圓錐；這兩個對頂圓錐對應的球冠對A點引力總會抵消。因此球殼對内部任意一點的引力合力為零。

球殼引力抵消示意

在這裡我們加了很多的假設，比如質量均勻（密度不變），得到了一個簡單而優雅的簡諧振動的結果。那麼如果不加這麼多假設會怎麼樣呢？這裡先賣一個關子，在後面的問題中可以找到答案。從抽象到真實、從簡單到複雜，這就是物理研究層層遞進的美學奧義。

Q7為什麼正負電荷互相吸引?

答：

首先我要說明一點。如果細究正負電荷相互吸引這個問題的本質是什麼，我要問答你：到目前仍然是未知。但我們目前的物理理論是能夠完美正确的解釋這個現象，接下來我就用兩個不同的角度來解釋正負電荷相互吸引。

第一種：

庫倫定律：真空中兩個靜止的點電荷之間的相互作用力同它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。

電場：電荷周圍存在着的一種特殊物質。可以用虛拟的電場線來表示，這一概念在19世紀初由法拉第提出。

麥克斯韋方程組：它由四個方程組成，描述電荷如何産生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣産生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何産生電場的法拉第感應定律。

好，到這裡停一下，第一個角度就出來了：當正電荷放在某個空間時，它的周圍會産生電場，而電場就會對放入其中的負電荷産生吸引的電場力，放入其中的正電荷産生排斥的電場力。這也是我們高中甚至大學階段接觸到的，它是正确的嗎？當然它是正确的，不要懷疑！

第二種：

接下來用量子場論來進行解釋，放心，就寫一點點來解釋清楚，肯定沒有額外公式和特殊符号（手動狗頭）。量子場論是一個結合了經典場論(包括電磁場)、狹義相對論和量子力學的框架，它主要用于高能物理中。量子場論的核心：粒子就是場的量子激發，每一種粒子都有自己相應的場。在量子化過程中，玻色場滿足對易關系，而費米場滿足反對易關系，從而粒子之間的相互作用和動力學可以用量子場論來描述。我用下面的費曼圖來解釋同性電荷互相排斥

在費曼圖中，粒子由線表示，費米子（電子是費米子哦）一般用實線，光子用波浪線，玻色子用虛線。一線與另一線的連接點稱為頂點。費曼圖的橫軸一般為時間軸，向右為正，左邊代表初态，右邊代表末态。

一個電子在左端交點處發射出一個光子γ ，能量降低，轉換為動量；另一個電子在右端交點處吸收一個光子γ ，變成高能電子，然後再釋放出光子，能量降低，轉換為動量。這樣動量和能量在兩個電子間不停循環交換，就表現出同性電荷互相排斥，異性電荷相互吸引的物理過程是基本一樣的。

,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!

查看全部