手机充电速度到底由谁决定？充电线 or 充电头？ | No.507

手机充电慢,

到底该换线还是换头？

很多人其实都搞错了!

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Q1 为何有些颜色让人看着难受？
Q2 同力捶桌子为何比捶棉花疼？
Q3 为什么电话线是螺旋状？
Q4 公交地铁停稳时为何会猛晃？
Q5 充电快慢取决于线还是头？
Q6 影子靠近为何形成“影子桥”？
Q7 空气湿度是如何计算出来的？
Q8 白光下手机屏幕为何现彩色？

by 归零

答：

先说结论：其中的关键在于它们有没有把你的视觉系统逼到高负荷运转——一旦处理成本太高，眼睛和大脑就会本能地“抗议”。

可以把人眼想成一台会自动调节的相机。视网膜里的三类视锥细胞分别负责不同波段的光，当你看的是低饱和、过渡平缓的颜色时，这套系统基本在“巡航模式”，信号传递顺畅，大脑处理起来也很轻松。但如果是高饱和、强对比的组合（比如纯红配纯蓝），等于同时把几路信号推到极端，大脑要花更多力气去“调和冲突”，刺眼、发紧的感觉就出来了。

亮度差也是一把“隐形油门”。特别亮和特别暗的颜色放在一起，会让瞳孔和视觉神经频繁调整，有点像你在强光和暗处之间来回切换，时间一长自然容易疲劳。再加上那些密集、细碎、对比强烈的图案，会不断刺激视觉系统的边缘检测机制，让人很难真正放松。

至于为什么很多人偏爱蓝天、绿色这类柔和色调，也可以从经验上理解：我们长期生活在这样的环境里，大脑更习惯处理这类“温和信号”，负担更小。

说到底，眼睛并不是真的在“挑颜色”，它只是更偏向那些处理起来不费劲的光。

参考文献：

1. 彭聃龄. 普通心理学(第5版)[M]. 北京: 北京师范大学出版社, 2019.

2. Wandell B A. Foundations of Vision[M]. Sunderland: Sinauer Associates, 1995.

by 柠七

Q.E.D.
Q2 相互作用力一样大，那为什么用同样的力捶桌子比捶棉花感觉疼？

by 炮

从动量角度来看，两种情形下手的速度都是从某一个值降到0，动量变化相同。

但由于棉花比较软，手捶下去时棉花被压缩，延长了减速时间。根据动量定理

相同动量变化下，作用时间越长，平均作用力越小。因此，棉花的缓冲作用让平均作用力比捶桌子要小。

那在整个过程中牛顿第三定律依旧满足。牛顿第三定律说的是同一瞬间、同一对物体之间的瞬时作用力总是大小相等、方向相反。而动量定理给出的，是整个撞击过程中的平均作用。此外，捶棉花时，棉花会发生明显变形并包裹拳头，实际接触面积会增大，从而减小了压强。因此，捶桌子时平均力更大、压强更高，而捶棉花时力更平缓、压强更小，所以捶桌子比捶棉花感觉更疼。

by Sid

Q3 为什么电话线是螺旋状？

by 匿名

答：

以前的电话线其实也是直的，但后来经过人性化的改良之后，才把直的电话线改成了螺旋状的线圈。因为使用时需要经常拿起来，而且偶尔会需要四处走动，就需要电话线能够长一点，但如果是很长的直线，把听筒放回机座的时候，这种长线就会非常的凌乱而且时间长了可能会打结(参考耳机线)，且很占地方，线挂地上脏，放桌子上又乱。因此发明者就把连接线做成螺旋状，这样使用时能自然拉伸，回收的时候又会因为拉力自然收缩。

还有因为电话线是经常被拉扯的部件(用老式电话机打电话的时候，不信你不玩电话线)。螺旋形状能均匀分散拉伸时的张力。当你用力拉听筒时，螺旋线会伸展，起到缓冲作用，防止内部脆弱的铜导线被直接拉断。由于线缆悬空且能自动回缩，避免像普通长线那样在桌角被反复摩擦或在地面上被踩来踩去，减小使用损耗。

by 蓝多多

Q.E.D.
Q4 为什么像公交车，地铁这类在减速的时候能够感受到一点微微的加速度，但是在最后停稳的那一瞬间会突然有一个很大的先正向再反向的加速度，表现为最后停的时候所有人都会很猛的晃一下

by ChimeSky

答：

惯性，是描述物体在没有外力作用时会保持其静止或匀速直线运动状态的一个性质。

我们为了便于理解，可以把车当成一个弹簧车，这是为了放大变化，仅作为解释说明。首先是减速，当车辆在减速时，因为惯性车的重心会保持原本的状态向前移动，所以公交车或者地铁车身前部的悬挂弹簧先会剧烈压缩，然后再回弹，这时候整个车身就会表现出点头的状态。

汽车原本行驶过程时突然减速，弹簧被压缩

减速的部分我们说完了，接下来说一下停车的部分，停车的晃动稍微复杂点。

在车辆即将完全停稳的瞬间，原先一直处于压缩状态的弹簧会一下子释放，车就会猛地一晃，这个反弹力传递给乘客的时候就会感觉身体被推了一下。

车和人一起在匀速行驶的过程中，本来是保持相对静止的，结果车猛地一减速，人身体因为惯性还是保持向前的趋势，但是脚底板被摩擦力固定，就形成了一个力矩，以脚为支点的力矩，所以你就会往前倾。为了不上自己摔倒，你就会向后发力保持平衡。当车辆完全停稳的瞬间，向前的惯性力突然消失了。但你的肌肉还来不及放松，仍然保持着向后用力的状态。这股“多余”的力量就会让你的身体猛地向后仰一下。

并且这种现象在站着的乘客身上比坐着的乘客更明显，站立的乘客重心更高，平衡更难维持，因此对车辆的加减速和晃动会更加敏感。

by 蓝多多

Q.E.D.
Q5 充电的快慢是取决于充电线、还是充电头？

by 茉立

答：

先说结论：充电快不快，不是头或线单独说了算，而是由“充电头、充电线、手机”共同决定。这其中存在着木桶效应，充电速度被这三者中最弱一环卡着上限。

充电头是“水泵”，决定供电天花板。它负责将 220V 交流电转为手机能用的直流电。支持快充的头能动态调配电压和电流，把水压拉满。但水必须通过“水管”（充电线）输送。普通线内部铜芯细、电阻大，强过大电流不仅发热还容易烧毁。因此，很多高功率快充线头里会特意藏一颗E-Marker 芯片。它相当于通行证，没它确认安全，系统绝不敢火力全开。

这里最核心的其实是手机，它才是掌控全局的“大老板”。插电瞬间，手机电源管理芯片会和充电头疯狂“对暗号”（即验证快充协议）。只有握手成功且查验线材达标，才会允许大功率注入。不仅如此，手机还会动态“踩油门”：低电量时全速灌水，快充满时果断切成涓流慢充来保护电池寿命。

所以，想体验满血快充，务必凑齐协议匹配的“快充头+特制线+兼容手机”。下次如果充电速度没达到预期，别急着让充电头背锅，不妨先查查那根平时最容易被忽视的数据线，看看它是不是成了隐藏的“限速器”。

参考文献：

1. Erickson R W, Maksimović D. Fundamentals of Power Electronics (2nd ed.)[M]. New York: Springer, 2007.

by 柠七

Q.E.D.
Q6 为什么两个影子相互靠近，在碰上前那一刻会像水的表面张力一样吸引在一起形成一个“影子桥”？

by 皮夹克

答：

虽然“影子桥”看起来特别像水滴相遇时的表面张力，但它背后并没有真正的物理吸引力，而是源自光源的几何学特征和人类的视觉错觉。

如果照亮物体的光是一个理想的点光源，那么物体的影子边缘会非常锐利，两个影子靠近时也会像两个砖块一样，直到真正碰到才会连在一起。但在日常生活中，无论是太阳、日光灯还是手机闪光灯，都有一定的体积，属于扩展光源，比如小编的手机闪光灯就是一个长条形的扩展光源：

因为光源有面积，光线会从不同的角度射过来，这就导致影子的结构分成了两部分：光源被物体完全挡住的地方是本影，最黑。光源只被挡住了一部分的地方是半影，这里的影子是灰色的，边缘是模糊的。因此我们看到的影子边缘，其实不是非黑即白的界线，而是一层逐渐变淡的灰色“半影”。

这是小编手机闪光灯下两根手指的影子，由于闪光灯近似是一个线光源，只有在平行于光源的方向上，半影比较明显。当两根手指的影子逐渐靠近时，“本影”还没接触，但它们边缘的“半影”已经开始重叠了。当两个半影重叠，中间缝隙瞬间变暗到和本影接近，和旁边的亮度形成了巨大反差。此时，你的大脑和眼睛会立刻判定：“这里也是影子的一部分！”于是，在你的视觉中，原本各自独立的两个黑影，像水滴的表面张力一样把彼此“吸”了过去，形成了“影子桥”的视觉效果。

不过，小编的手机闪光灯，实际上是两个近似点光源的 LED 灯珠纵向排列而成——因此还原不出很自然的“渐变”效果。大家可以拿起手边的光源，或是在晴天的太阳底下，亲自尝试一下哪些光源能够形成“影子桥”呢？

by 冰糕

Q.E.D.
Q7 空气湿度是怎么算出来的，56%的湿度是说明空气中 56%是水蒸气吗

by W

答：

日常生活中我们说的“湿度 56%”，并不是指空气中有 56%是水蒸气。实际上，无论在什么样的高温高湿天气下，水蒸气在空气中的总体积占比都非常小，通常只在 0%到 4%之间，而我们平常说的“湿度”，其实是“相对湿度”，它表示的是在当前的温度下，空气中实际含有的水蒸气量，占空气所能容纳的“最大水蒸气量”的百分比。

相对湿度的计算公式是：相对湿度 = (实际水汽压 ÷ 饱和水汽压) × 100%，其中“饱和水汽压”是在当前温度下，空气中水蒸气能达到的最大压力。为什么要强调“当前温度”呢？这是因为饱和水汽压会随温度上升而增加——也就是温度越高的空气，能够“承载”的水蒸气越多。

生活中，我们为什么要使用相对湿度呢？因为相对湿度直接关系到人体的舒适感、物体的干燥/发霉、天气是否会下雨。我们感觉“潮湿”还是“干燥”，主要取决于相对湿度——相对湿度低时，空气中的水蒸气远未达到饱和，汗水很容易蒸发；而当相对湿度达到 100%，空气无法再吸收哪怕多一丁点儿的水蒸气，多出来的水蒸气就会凝结成液态水（如起雾、结露水或者下雨）。此时人们身上的汗水也完全无法蒸发到空气中去，因此在相对湿度 100%的环境中，即使温度不是很高，人们也会感到极其闷热。当然，严格来说相对湿度的上限并非 100%，在空气中缺少凝结核等条件下，也可能出现相对湿度超过 100%的过饱和状态。

by 冰糕

Q.E.D.
Q8 这是在车站候车室拍的照片，为什么手机屏幕会出现彩色，候车室的灯光都是白色?

by 乒乓

答：

先说结论：你的手机没坏，只是客串了一把“反射光栅”，把候车室的白光当场拆成了彩虹。而且，这绝非雨后那种普通的彩虹。

关键在你的屏幕。显微镜下，屏幕面板内密密麻麻排列着绝对规则的像素点阵与触控网格。在光的尺度上，这层二维结构就像两把互相垂直的极密“梳子”。当包含各色光波的白光照到“梳子”上时，会触发物理学上的“衍射与干涉”。这里必须请出光栅最灵魂的公式：

其中 是光波长， 是偏折角， 是代表“衍射级次”的整数。这个极简的公式揭示了两个硬核真相：

第一，波长 越长的光，偏折角 就越大。所以红光被甩得远，蓝紫光离得近，白光就这样被按颜色拉开。第二，最神奇的地方在于，因为 是整数（比如 1,2,3...），这意味着这种色散现象不是只发生一次，而是会在空间中按特定的角度周期性地反复出现！

由于屏幕是一张二维十字网格，这些周期性重复的彩色光带便沿着水平和垂直方向同时向外发散，最终形成了照片中那种一层接一层、不断重复的十字彩虹阵列。

你不仅拍到了光被拆解，更拍到了光波遵循物理规律在空间中跳跃的瞬间。下次等车无聊时不妨多转转手机，你手里握着的，本就是座能随时把玩的光学实验室。

参考文献：

1. Hecht E. Optics (5th Edition)[M]. Pearson, 2016.

by 柠七

Q.E.D.
投票 本期答题团队

冰糕、蓝多多、Sid、柠七

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编辑：凉渐