油炸食物大多美味誘人

但總少不了媽見打的寬油

于是

吃貨們說(shuō)：要少油

就出現(xiàn)了空氣炸鍋

那空氣炸鍋是什么原理？

到底是空氣炸還是炸空氣？

Q1為什么中午30℃，晚上還會(huì)下冰雹(此時(shí)顯示24℃)？

（例如4月30日的上海）

答：

冰雹本身就是在炎熱的夏季或春夏之交最為常見。在炎熱的天氣，大量地表水蒸發(fā)上升，在高空因?yàn)闇囟冉档?，先液化成小水珠形成積雨云，積雨云在快速上升的氣流作用下被帶到0℃以下的更高位置，小液滴凝固成小冰粒，冰粒不斷長(zhǎng)大就可能形成大冰雹。這一過(guò)程中最重要的條件就是具備快速上升含水量大的暖氣流，而這種情況在炎熱的夏季更為常見，其他情況更傾向于形成雨雪天氣。

by Alan

Q2在太空中可以把氣球吹起來(lái)嗎？如果可以，把它帶回地面又會(huì)怎樣？

答：

在太空中可以把氣球吹起來(lái)，但基本上吹一口氣，氣球就會(huì)變得非常大然后爆掉。這是因?yàn)樵诘孛嫔衔覀儼褮馇虼荡笾螅瑲馇騼?nèi)部的氣壓產(chǎn)生的壓力、外部大氣壓產(chǎn)生的壓力與氣球本身的張力可以達(dá)成平衡，而外太空近似真空環(huán)境，僅靠氣球的表面張力，很難抗衡氣球內(nèi)部的空氣帶來(lái)的壓力，因此氣球會(huì)迅速變大，直至超出極限爆掉。而如果假設(shè)我們有一個(gè)非常結(jié)實(shí)的氣球，使我們能在太空中吹起來(lái)（不考慮外太空強(qiáng)烈的輻射和低溫對(duì)氣球材料的影響)，然后我們將它慢慢地從太空拿回地面（一直暴露在外面）。我們可以看到，這個(gè)氣球會(huì)隨著高度的降低而慢慢變小，甚至可能癟下去，這正是大氣壓在作怪。by 前進(jìn)四

Q3空氣炸鍋是什么原理？和烤箱比有什么區(qū)別？

（by 奇怪君）

答：

空氣炸鍋類似于對(duì)流烤箱（烤箱加風(fēng)扇），使用熱空氣循環(huán)來(lái)烹飪食物，食物附近的加熱元件提供熱源，風(fēng)扇使熱空氣得以循環(huán)。

傳統(tǒng)的油炸方法將食物完全浸沒(méi)在熱油中（油的溫度遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)），在140°C至165°C溫度引起美拉德（Maillard）反應(yīng)。美拉德反應(yīng)是一種氨基酸和還原糖之間的化學(xué)反應(yīng)，可以使食物褐化，產(chǎn)生風(fēng)味化合物，使食物獨(dú)具風(fēng)味。相比之下，空氣炸鍋使用的油更少，在薯片之類食物的油炸過(guò)程中減少了70%-80%的油量，并且空氣炸鍋有著自己的食品烹飪味道，傳統(tǒng)油炸會(huì)有大量的油浸入食物增加油的味道。

圖源：cooksmarts

烤箱是日常生活中常見的焙燒和加熱的廚房用具，將食物放置在架子上，向上或向下加熱食物。空氣炸鍋和傳統(tǒng)烤箱相比，空氣的循環(huán)使食物的加熱更加均勻，加快烹飪速度，帶走食物表面的水分，在幾乎不使用油的情況下達(dá)到油炸類似的效果，增強(qiáng)了食物表面的褐變和酥脆，傳統(tǒng)烤箱容易使食物口感較干。

圖源：wiki

可以使用風(fēng)扇輔助烤箱，增加空氣的循環(huán)，這種對(duì)流烤箱和空氣炸鍋原理基本一致，當(dāng)然空氣炸鍋設(shè)計(jì)的更加小巧，風(fēng)扇更接近食物，將大量熱量集中在較小的區(qū)域，相比對(duì)流烤箱烹飪更快。大批量的食物烹飪，對(duì)流烤箱會(huì)更加方便，但多層食物的放置也阻礙一定的空氣對(duì)流效率。by jita

Q4為什么貼上這么一張貼紙之后就可以看透磨砂杯？這樣一來(lái)起阻擋視線作用的磨砂玻璃豈不是也可能被這樣看透？

（by 傅同學(xué)）

答：

磨砂杯+貼紙 | 圖片由傅同學(xué)提供

貼上貼紙后磨砂杯可以被看透，原理相同的磨砂玻璃在貼上貼紙后自然也可以被看透。在這里磨砂杯、磨砂玻璃等材料能產(chǎn)生這種模糊的效果主要是由于發(fā)生了“漫反射”?！澳ド啊保櫭剂x其質(zhì)感是粗糙的，不能像鏡面那樣平滑，所以光線不論是在透過(guò)還是照射到磨砂表面時(shí)，光線都會(huì)向各個(gè)方向反射，這就導(dǎo)致了我們不能準(zhǔn)確得知光在被漫反射之前的情況，也就無(wú)法得知對(duì)應(yīng)物體的情況。因此與普通的透明玻璃不同，我們既不能透過(guò)玻璃看到對(duì)面物體的樣子，也看不到觀察側(cè)物體在玻璃上的倒影。

當(dāng)我們?cè)谀ド懊嫔腺N上透明膠或透明貼紙后，相當(dāng)于把粗糙的表面變光滑，減少了界面上的漫反射，另外透明膠的折射率與磨砂玻璃等材質(zhì)的折射率接近，使得我們能夠正常地看到被“磨砂”擋住的物體。

除了磨砂玻璃之外，紙張被水/油打濕后變得更透光也是類似的原理。by 懶懶的下午三點(diǎn)半

Q5一些塑料制品掰彎時(shí)會(huì)變白（透明塑料變不透明）是為什么？而且多數(shù)情況下彎回原來(lái)狀態(tài)白色就會(huì)減弱？

（by Charlie.zh）

答：

這個(gè)現(xiàn)象在材料學(xué)里有個(gè)專門的名詞，叫應(yīng)力發(fā)白（stress whitening）。一般認(rèn)為這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與材料在外力的拉伸扭曲之下產(chǎn)生銀紋（crazes）有關(guān)。

在塑料等高分子材料中，纖維束往往是折疊成一團(tuán)一團(tuán)的，當(dāng)材料的纖維束在應(yīng)力作用下，由原來(lái)的一團(tuán)，被拉直，但卻沒(méi)有到斷開的程度，在這部分區(qū)域，由于高分子材料的纖維束伸直了，所以這一部分材料的折射率便與周圍產(chǎn)生較大差異，強(qiáng)烈地反射光線，于是材料在彎折處就會(huì)發(fā)白，這就是所謂的銀紋和應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。

裂紋通過(guò)銀紋擴(kuò)展示意圖

by 前進(jìn)四

Q6三基色（紅綠藍(lán)）混合出來(lái)的顏色是真的合成了單色光還是只是一種錯(cuò)覺(jué)？

（如果是單色光的話，為什么紅+綠就生成波長(zhǎng)為兩者平均的黃光，而紅+藍(lán)就生成比兩者波長(zhǎng)都小的紫光？）

答：

三原色光疊加出的光不再是單色光。由紅色和藍(lán)色疊加出的光和紫色單色光看起來(lái)顏色一樣，其實(shí)是由人類的顏色感知機(jī)制導(dǎo)致的。

人類的感光機(jī)制其實(shí)在上一期Q&A中就有詳細(xì)的介紹（指路No.255 Q6），因此在這里不再贅述。我們?cè)谶@可以討論一下，一束光進(jìn)入我們的眼睛是如何被識(shí)別為不同的顏色的。人類顏色的感知主要依賴于S、M、L三種視錐細(xì)胞。三種位于視網(wǎng)膜上細(xì)胞在受到某種光刺激后，會(huì)產(chǎn)生差異化的輸出，之后大腦的視覺(jué)皮層和其它相關(guān)區(qū)域中完成復(fù)雜的過(guò)程，這一系列過(guò)程最終導(dǎo)致我們產(chǎn)生了色彩的感知。（詳細(xì)的生理機(jī)制可以閱讀參考資料[1]）不同的光產(chǎn)生相同的色彩感知，實(shí)際上就是因?yàn)樵诔跏茧A段視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞在接收了光線刺激后，產(chǎn)生了相同或相似的輸出。

拿我們熟悉的白色舉例，我們都知道，整個(gè)可見光譜疊加可以得到白色，但其實(shí)三原色或者僅一對(duì)互補(bǔ)色的光疊加也能產(chǎn)生白色的感知。而從物理角度（頻率、群速度等）來(lái)說(shuō)，這幾種光是完全不同的電磁波。

知道了這些，以后再也不怕有人問(wèn)你要“五彩斑斕”的白了，畢竟，自然界中就有無(wú)數(shù)種各異的白色光呢。by Quesmark

Q7物理上，維度和自由度有什么聯(lián)系和區(qū)別？

答：

維度比較好理解，就是空間基矢的個(gè)數(shù)，或者說(shuō)線性空間中線性無(wú)關(guān)向量的個(gè)數(shù)，比如三維空間用（x,y,z）刻畫物體的位置，四維時(shí)空坐標(biāo)則用（x,y,z,t）表示等。

自由度則與具體的研究問(wèn)題有關(guān)，但總的來(lái)說(shuō)，自由度表示的是獨(dú)立變量的個(gè)數(shù)。具體而言就是，如果一個(gè)問(wèn)題中涉及到的總變量有N個(gè)，約束條件有M個(gè)，則自由度D=N-M。

維度和自由度可以有聯(lián)系，也就是空間基中的幾個(gè)變量（x,y,z…）本身就可以作為具體問(wèn)題涉及到的變量而存在，比如考慮運(yùn)動(dòng)物體的演化過(guò)程；當(dāng)然兩者也可以沒(méi)有關(guān)系，比如相圖中的自由度（獨(dú)立組分?jǐn)?shù)）。by Alan

Q8為什么行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌道是橢圓？

答：

太長(zhǎng)不看版：因?yàn)槿f(wàn)有引力是一個(gè)平方反比力，即力的大小與兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離平方成反比：。所有在平方反比力下運(yùn)動(dòng)的物體的軌道都是圓錐曲線，而行星的能量不足以讓其脫離太陽(yáng)軌道，所以運(yùn)動(dòng)軌道呈現(xiàn)橢圓。

詳細(xì)計(jì)算版：（以下的推導(dǎo)需要基本的微積分與普通物理學(xué)知識(shí)）

因?yàn)樘?yáng)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于行星的質(zhì)量，為了計(jì)算的簡(jiǎn)便，我們不妨認(rèn)為太陽(yáng)的位置固定。由于行星運(yùn)動(dòng)的速度較慢，太陽(yáng)的引力場(chǎng)沒(méi)有太強(qiáng)，所以我們不考慮相對(duì)論效應(yīng)，在經(jīng)典牛頓力學(xué)下考慮這個(gè)問(wèn)題。

以太陽(yáng)為原點(diǎn)建立平面極坐標(biāo)系，行星在這個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。用表示極坐標(biāo)的極徑，表示極角，表示太陽(yáng)的質(zhì)量，表示行星的質(zhì)量。則行星運(yùn)動(dòng)時(shí)角動(dòng)量守恒：

為了之后表示的方便，記常量。行星同樣有能量守恒。行星運(yùn)動(dòng)的徑向速度為，切向速度為：，行星具有的引力勢(shì)能為：。則能量守恒可表示為：

這是一個(gè)關(guān)于的微分方程，分離變量后可得：

根據(jù)，同樣能得到一個(gè)關(guān)于的微分方程：

把上兩個(gè)式子相除，可以消去時(shí)間這個(gè)參量：

左邊積分后得到，其中是積分常量，與極坐標(biāo)極軸的選取有關(guān)。右邊通過(guò)三角換元同樣可以積分，得到：。所以整個(gè)式子積分后變成：

整理上面這個(gè)式子，可以得到的表達(dá)式：

很顯然，這是一個(gè)圓錐曲線的極坐標(biāo)表達(dá)式，其中就是圓錐曲線的離心率。當(dāng)能量時(shí)，離心率小于1，此時(shí)軌道就是橢圓。by zhhjc

來(lái)源：中科院物理所


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