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瓶盖如何防止饮料被微生物乱入?| No.283

2021-11-19 中科院物理所 阅读:
我经常感觉快乐水可以更有气我想一定是因为瓶盖只靠螺纹固定密封不好那瓶盖的螺纹真的能密封好不漏气也不让微生物侵入吗?Q1为什么冬天眼睛不觉得冷?bySHINING答:因为眼球上没有温度感受器。人体对温度
我经常感觉
快乐水可以更有气
我想一定是因为
瓶盖只靠螺纹固定
密封不好
那瓶盖的螺纹
真的能密封好
不漏气也不让微生物侵入吗?

Q1

为什么冬天眼睛不觉得冷?

by SHINING

答:

因为眼球上没有温度感受器。ba4ednc

人体对温度的感觉来源于皮肤及内脏器官中的温度感受器。当温度升高时,热感受器兴奋;当温度降低时,则冷感受器兴奋,兴奋信号通过神经传递到大脑就形成了冷热的感觉。人的眼球上只有触觉和痛觉的神经,没有温度感受器和传导温度感觉的神经。而且角膜和巩膜是几乎没有血管的透明组织,相当于一层保护膜,再加上眼球外的一层眼皮,眨眨眼都能减少热量损失,所以眼睛的温度比完全暴露的皮肤表面更高,气温再低也不会觉得冷。ba4ednc

参考资料:ba4ednc

不可思议!为啥天冷时眼睛却感觉不到冷?奇怪的知识又增加了ba4ednc

为什么眼睛不怕冷?ba4ednc

by 荔枝果冻ba4ednc

Q.E.D.

Q2

罐装、盒装的饮料与外界环境完全隔离,内部食品/饮料不怕外界微生物侵入繁殖,这个很好理解;为什么瓶装的饮料(除了纯净水/矿泉水),富含糖分、蛋白质、脂肪等营养物,为什么那个一拧就开的瓶盖可以阻隔外界微生物的侵入,保证内里饮料的干净?

by 匿名

答:

瓶盖就是利用自身九曲十八弯的螺纹形状令微生物难以直接进入(原理类似于巴斯德做的鹅颈瓶实验)。除此之外,瓶盖自身的密封性也是很高的。如果拧紧瓶盖,瓶子是很难被压瘪的,这就是气密性好的体现。ba4ednc

为什么瓶盖能做到这么好的密封效果?秘诀还是在于螺纹。我们只需要在水平方向上稍稍用力,就能拧紧或拧开瓶盖。而瓶子里的东西可不这么聪明,它们只会沿垂直方向给瓶盖施力。但是,倾斜的螺纹会使拧盖时水平方向所需的力远小于垂直方向。你可以想象在一个很缓的坡上滚动铁球,这时你只需要在水平方向上稍微用力,就能“推”动小球向上滚。但反过来,如果想单纯靠竖直方向上的力“提”动铁球,那就很难了。拧螺丝也是一个道理。这其实就是力的矢量分解。ba4ednc

当然,如果你注意过保温杯的瓶盖,会发现它在螺纹端口加上了软胶制成的密封圈。这样在螺口咬合时能增大贴合面积,使密封效果更好。ba4ednc

by 牧鱼ba4ednc

Q.E.D.

Q3

为什么酒精饮料没有塑料瓶装的?

by 小邓博

答:

首先回答题者,目前市场上已经是有塑料瓶装的酒精饮料了,即PET(聚脂)塑料材质的塑料瓶。对于酒精饮料,里面的成分非常复杂,含有大量的各种有机物质,包括酒精,酯类,醛类成分等,而塑料的成分也是属于有机材料,很多成分甚至和白酒里面有相似的结构,如果将白酒装在塑料瓶里面,会使得塑料的部分成分溶解在酒里面[1],如而对于市场上常见的聚乙烯塑料材质的塑料瓶,由于聚乙烯的单体不溶于水,但溶于酒精(难溶),所以不适用于储存酒精饮料,而对于PET,它是一种新型的高分子聚脂材料,分子结构更加稳定,不会和酒精中的有机物互相影响,所以可以一定程度上的替代玻璃瓶来进行储存酒精饮料。ba4ednc

那为什么我们现在还是很难见到塑料瓶装的酒精饮料呐,还有一个我们消费者比较关注的原因——长时间保持其原有口感,塑料对于氧气和二氧化碳的渗透性比玻璃强,而酒精饮料一旦接触过多氧气,其里面的有机物就会变质,口感也相应的降低。所以我们日常生活中见到的还是玻璃瓶多一点。ba4ednc

参考文献:ba4ednc

为什么白酒不用塑料瓶装?玻璃瓶真的科学吗?ba4ednc

by just_iuba4ednc

Q.E.D.

Q4

自行车是省力机械还是费力机械?

by 空响

答:

一般来说,自行车是费力机械,但是需要具体情况具体分析。ba4ednc

图片来源于网络

如图所示是自行车的结构示意图。自行车的原理是用力踩脚踏板,通过曲柄传动至牙盘,然后通过链条,将牙盘的转动传至飞轮,最后飞轮带动后轮,自行车就可以动起来了。要想知道自行车是省力机械还是费力机械,首先要知道省力机械和费力机械的区分方法。省力不省功,省力费距离,费力省距离,所以我们可以通过比较着力点和阻力点的移动距离来判断是否省力。这里忽略自行车的阻力。设脚踏板的移动弧长为x₁,曲柄长度为a₁,牙盘边缘上一个点移动弧长为x₂,半径为a₂(指挂链条的齿轮半径),飞轮和牙盘通过链条连接,因此飞轮边缘上一个点移动的弧长也是x₂,飞轮半径为b₁(指挂链条的齿轮半径),后轮边缘上一个点移动弧长是x₃,半径为b₂。则ba4ednc

故有:ba4ednc

如果ba4ednc

by 有衡ba4ednc

Q.E.D.

Q5

光的振幅决定光的强弱吗?

by 啦啦啦啦啦啦啦

答:

是,但不完全是。ba4ednc

光学上用“光强”这个物理量描述光的强弱(直白到不能再直白了对吧,晦涩的马上就来),其定义是单位面积上的光功率(单位时间落在单位面积上的能量),用I表示。光强的一般表达式为I=c·ε/(2n)·E²[1],其中,c是真空光速,ε和n是与介质有关的常数,E指电磁波中电分量的振幅。如果改用磁振幅,光强也有类似的表达式。可见,光强与介质种类和光的振幅有关。但是,如果我们只关心真空或者空气中的光强(这是一种很普遍的情况),那么光强就由光振幅完全确定。ba4ednc

参考文献:ba4ednc

[1]钟锡华,电磁学通论[M],北京大学出版社,2014ba4ednc

by 藏痴ba4ednc

Q.E.D.

Q6

为什么下雪的时候,井盖上基本没有雪呢?

by 悟了个懈

答:

解决这个疑惑,我们可以从两个方面入手,即热源和中间介质的导热性能。ba4ednc

首先城市井盖下掩埋着用途不同的管道,包括但不限于生活废水和雨水、工业和居民用水、供暖用水、光缆等。去除热源温度极低情况后,可以将地下h₂=5 米管道热源划分为常温特性(15℃左右)和高温特性(>50℃)。高温好理解,但为什么其他的热源一定是15℃呢?可以做这样的理解,地下五米处的温度常年保持在T₂=15℃左右,可以认为从地表浸入地下的水经过足够长的时间后与地下5米处常年温度相当。在密闭环境中,有一恒定热源的情况下,经过足够长时间,空腔内温度稳定,并与热源温度相当。这种情况可以理解为考虑一暖气房间,经过足够长时间后房间内温度趋于稳定。空腔稳态温度由热源、腔体表面粗糙度、腔体材料导热系数、腔体表面积、腔体真空度、腔体的厚度决定。由于仅仅向读者解释物理过程,因此空腔稳态温度(T₁)可以做粗略估计,取热源温度与地表温度的平均值5℃左右。一般情况下井盖使用材料为石墨铸铁,关于其导热系数δ₁由表1给出,此外,我们假定井盖厚度h₁=0.10 m,面积S=0.28 m², 地表平均温度T₀=-5℃。因此可以估算出覆盖在井盖上的雪单位时间Δt=1 s内吸收的热量Q₁为ba4ednc

相比较之下,土壤的导热系数经查资料多为δ₂=1.5 W/(m·℃)⁻¹,则相同面积上的雪单位时间Δt内吸收的热量Q₂为ba4ednc

即单位时间内相同面积的雪,在井盖上吸收的热量要比土壤上大的多,因而井盖上的雪温度升高的更快,一旦温度超过相变温度,雪就会融化为液体,消失掉了。ba4ednc

参考资料:ba4ednc

[1]K、Roehrig, & 李和. (1980). 灰铸铁和球墨铸铁的热疲劳. 国外机车车辆工艺(06), 8-20.ba4ednc

[2]王炎, & 白莉. (2014). 严寒地区土壤导热系数数值计算. 吉林建筑工程学院学报, 31(2), 4.ba4ednc

[3]赵亚品, 李慧芝, & 谭永平. (2013). 土壤导热系数与热源温度关系研究. 路基工程(5), 3.ba4ednc

by 果粒橙ba4ednc

Q.E.D.

Q7

为什么光穿过不同介质时会发生折射?

by 物理所小迷弟

答:

光会发生折射,最主要的原因就是光在不同介质上的传播速度不同。光是电磁波,通过介质时会和介质发生相互作用,我们用介质(默认为各向同性线性介质,下同)的相对介电常数ba4ednc

光的传播满足惠更斯原理:光扰动同时到达的空间曲面被称为波面或波前,波前上的每一点都可以看成一个新的扰动中心,称为次波源,下一时刻的波前是这些大量次波面的公切面,次波中心与其次波面上的那个切点的连线方向给出了该处光传播方向。ba4ednc

如图所示,ABC(红线)是一个波面,上下界面的光速记作v₁和v₂。在C传播到C’的过程中,ba4ednc

A点作为次波源,在这段时间中传播的次波面为半圆A,其半径记作ba4ednc

由C’点向半圆A作切线C’A’,A’C’(蓝线)是新的次波面的公切线,根据惠更斯原理,它就是新的波前,因此光的传播方向发生了改变。据图计算入射角和折射角ba4ednc

这就是我们非常熟悉的折射定律了。更进一步地说,光的折射其实是光在介质界面满足麦克斯韦方程边界条件的必然结果,光的传播速度也可由麦氏方程组推出的波动方程直接解出。但如果我真的把麦氏方程组到菲涅尔公式的推导放上来,可能大家就不会看到这里了吧。ba4ednc

参考资料:ba4ednc

陈熙谋.光学[M].北京大学出版社.2011。ba4ednc

by fiufiuba4ednc

Q.E.D.

Q8

我们的太阳可以产生除氢氦以外的其他元素吗?

by 匿名

答:

可以,目前而锂、铍、硼可以作为反应的中间产物短暂地存在,而50亿年后可以产生碳和氧。ba4ednc

我们的太阳是一颗中等质量的黄矮星,它通过聚变成能量更低的元素来发光放热。目前太阳进行的核聚变反应主要包括(以下方程式中的元素符号均代表对应的原子核):ba4ednc

  • 两个质子结合成氘核(由一个质子和一个中子构成),并释放正电子和电子型中微子
  • 氘与质子聚变,得到氦-3
  • 氘与质子聚变,得到氦-3
    • 两个氦-3直接融合,占86%,整个过程又称为质子-质子链反应。见下图。ba4ednc

    • 氦-3在已有的氦-4带动下也变成了氦-4,ba4ednc

    • 在比太阳质量更大的恒星中,b中第二步的铍不会立刻衰变,可以再结合一个质子,ba4ednc

    • 在很大质量的恒星中,氦-3可以直接与质子融合,ba4ednc

以上就是“众所周知“的太阳燃烧H变成He的过程,可以看到有中间产物Li、Be、B的产生。当H燃烧完后,太阳失去了燃料而在引力的作用下收缩,这个过程中压强不断增大,最终达到He元素聚变的点燃条件,开始继续燃烧并产生C和O。这就是氦闪。当然,这一过程要等50亿年左右才会发生。ba4ednc

产生C的“3α过程”

以太阳的质量而言,C和O大致就是最终归宿了。只有质量比太阳更大的恒星才有可能继续点燃C和O,并最终聚变成能量最低的元素——Fe。ba4ednc

不过目前的恒星理论模型都很粗糙,缺乏可靠的实验数据。更精确的恒星模型还有待科学进一步的发展。ba4ednc

参考资料:ba4ednc

太阳聚变到第几位元素了?以太阳的质量最终能聚变到什么元素?ba4ednc

为什么恒星直接将氦元素组合成了碳和氧?那锂?铍?硼呢?ba4ednc

by 牧鱼ba4ednc

Q.E.D.

 

 
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