为什么一去操场跑步，大家都默认逆时针跑？ | No.512

我们都在学校的操场上跑过步，

那你发现没有，

绝大部分人总是默认逆时针方向跑，

这是为什么呢？

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Q1 拉普拉斯决定论错在哪？
Q2 电蚊拍为何不电人？
Q3 陶瓷盘为何会被烤炸？
Q4 可乐加曼妥思为何喷发？
Q5 高铁的玻璃有减速效果吗？
Q6 高铁里的无人机会因相对速度倒飞吗？
Q7 热水为何让瓶子收缩？
Q8 下雨为何总不可避免湿鞋？
Q9 在操场为何总习惯逆时针跑？
Q10 套黑袋晒被子有用吗？

Q1 拉普拉斯决定论对不对，如果不对，错在哪里？

by 安昊洋

答：

真理是有局限性的，在当下人类的认知下，拉普拉斯决定论是错的。

不可否认，在经典力学的语境中，牛顿力学，理论力学，分析力学的发展让我们自然的提出了拉普拉斯决定论这样的机械唯物主义。事实上，当我们发展出量子力学时，这种认识的不完整性被填充了，我们发现量子力学中的不确定性和概率是物质的根本属性，我们没办法再机械地使用因果来预测未来。此外，涌现（简单规则或个体在大量重复或者积累后发生了单元素层次无法预测出的新规律，表现出整体大于部分之和的特点）让我们无法通过还原论来解决所有问题，如“康威生命游戏”[1]，图灵停机问题[2]，哥德尔不完备定理[3]，这都直接或间接的宣告了拉普拉斯决定论的破产。事实上，就算是经典力学中，我们也可以构建一个理论的诺顿穹顶[4]，让我们看到即使是在经典的世界里，也存在着解的不确定性，不唯一性。

但是，世界是矛盾运动的，认识是螺旋上升的，未来的理论认知是否会再次回到决定论也是犹未可知，期待未来人类的发展。

参考文献：

1. https://zh.wikipedia.org/wiki/康威生命游戏

2. https://baike.baidu.com/item/停机问题/4131067

3. https://zh.wikipedia.org/wiki/哥德尔不完备定理

4. https://hiraethecho.github.io/hexo/essays/dome/

by 小被子

Q.E.D.
Q2 新闻看到有人电捕鱼触电身亡。为什么人使用电蚊拍不会触电？人、蚊子和鱼的安全电压不一样吗？

by 星云

答：

电蚊拍标称电压常有两三千伏，远超电鱼机的几百伏。但决定是否致命的，从来不是电压数值，而是能有多少电流持续穿过你的心脏。

电蚊拍的高压，来自内部升压电路充电的一颗小电容。电容容量极小，通常只有零点几微法。你听到的“噼啪”一声，就是这小电容在瞬间把全部能量倾泻出去——总能量不过十分之几焦耳。这点能量击穿一只蚊子绰绰有余，能让它体内水分瞬间汽化爆裂；但对人体而言，电流只在皮肤表层走一个短促的脉冲，便已耗尽，远未触及深层组织或心脏。更重要的是，你通常只是单手触碰，电流局限在手指之间，根本构不成穿过躯干的闭合回路。

电捕鱼则完全是另一回事。它背靠大容量蓄电池，能持续输出数百瓦功率。河水中溶解的盐分离子使其成为通畅导体，电流在水中大范围扩散。一旦操作者跌入水中或湿手触碰电极，电流便从接触点进入，经由手臂、躯干、腿部回到水体——这条路恰好穿过心脏。更致命的是，干燥皮肤电阻可达数万欧姆，而湿润后骤降到几百欧姆以下，同样的电压能推动数十倍甚至上百倍的电流穿过身体。数十毫安的持续电流便足以扰乱心肌电节律，导致心室颤动而致命。

真正对生物体造成伤害甚至致死的不是电压本身，而是流经生物体的电流。电蚊拍安全，是它每次只释放一丁点儿能量便已力竭；而电鱼机致命，是它能持续推着足以搅乱心脏的电流走完全程。

by 柠七

Q.E.D.
Q3 为什么陶瓷盘在烤箱中会烤炸它不是高温烧出来的吗？

by 匿名

答：

陶瓷之所以需要在高温中烧出来，是因为随着温度的升高，陶土会先脱去结晶水和有机物，使坯体逐渐变硬，再在高温下烧结，粘土颗粒部分熔融并且结合形成致密结构。这个升温以及最后降温取出成品的过程需要温度变化缓慢。

而陶瓷盘在烤箱中烤炸是因为热冲击。陶瓷盘放在烤箱中加热并不是均匀加热，某一部分会被施加热量，而陶瓷是热的不良导体，这就导致陶瓷盘在加热过程中温度分布不均匀，由于热胀冷缩，高温部分会发生膨胀，而较低温部分仍未膨胀，最终就会发生内应力不平衡从而导致烤炸。

参考文献：

1. https://www.britannica.com/technology/traditional-ceramics/Vitrification

2. https://zh.kindle-tech.com/faqs/does-ceramic-break-with-heat

by Java

Q.E.D.
Q4 为什么可乐加曼妥思会喷出来？

by 路人甲

答：

相信大家在视频平台上都看过不少将曼妥思放到可乐里之后，可乐发生“喷射”的视频。这其实是因为可乐和曼妥思二者发生的物理反应。

可乐中溶解了高浓度的二氧化碳，达到了饱和状态。当外界发生干扰，如打开瓶盖导致压力降低，外力摇晃，温度升高等都会发生可乐的喷射（不会没有人没被喷射的可乐攻击过吧）。曼妥思多孔粗糙的表面提供了大量二氧化碳成核的点位，导致二氧化碳瞬间大量释放，然后喷射。

参考文献：

1. https://www.acs.org/education/whatischemistry/adventures-in-chemistry/experiments/mentos-diet-coke.html

by Java

Q.E.D.
Q5 很多人说高铁的玻璃有减速效果，但是也有人分析并没有。如果有减速效果的话，他运用了什么样的光学原理？如果没有，那为什么坐高铁时会有类似“减速”的感觉？

by GeallHarte

答：

事实上并没有减速玻璃。所谓的减速效果，是因为人眼睛判断物体的速度是通过角速度，而不是线速度。和我们平时在轿车上的驾驶环境有所不同，高铁往往行驶在高架桥或者宽阔的环境中，外界的参考物距离我们比较远，角速度较小，产生了类似“月亮跟着我们走”的错觉，即有速度似乎没有那么快的效果。最直观的感受是当高铁不减速飞速过站时，我们能感受到远处的高铁似乎很缓慢，但是到眼前时则发现其速度飞快[1]。

利用这样的原理，还让美国一名物理教授逃离了交通罚单，成为数理建模的乐文[2]。

参考文献：

1. https://v.qq.com/x/page/f31485vtore.html

2. https://mp.weixin.qq.com/s/cWwbqOzKCUfhJRwz30u_8Q

by 小被子

Q.E.D.
Q6 如果在350km/h的高铁上放飞无人机，无人机会像子弹一样向高铁运行的相反方向飞出去吗？

by 匿名

答：

这取决于你是在车厢内还是车厢外放飞无人机。

在车厢内，无人机周围的空气因为惯性保持和高铁一样的前进速度，无人机在释放的瞬间与周围的空气保持相对静止，所以可以保持悬浮。

在车厢外，放飞的无人机瞬间会被时速高达350km/h的气流吹走，会像“子弹”一样向反方向飞出去。这是因为车厢周围的气流流速远小于车速，气流相对于车厢的速度接近350km/h，而放飞前无人机相对于车厢静止，那么气流相对于无人机的速度也是350km/h，空气阻力与速度平方成正比，这时无人机受到的空气阻力极其巨大，会摧毁它的悬停能力，使无人机获得一个很大的加速度，向相对于高铁后方推去。值得一提的是，如果我们站在地面上观测这个过程，我们会看到高铁依旧向前运动，而无人机则迅速减速，与高铁分离，但它的运动方向依旧是向前的。

所以，为了避免“秒秒钟机毁机亡”的结局，请读者遵纪守法，不要在高铁上放飞无人机。

by 跑马仔

Q.E.D.
Q7 为什么矿泉水瓶倒入热水是收缩体积，而不是正常的热涨冷缩？

by 哈哈怪

答：

热胀冷缩只是对于最简单最理想材料的规律，真实的材料体系中有更复杂多样的相互作用力，让这个规律发生了变化。例如水的氢键与原子热运动之间的竞争会导致0-4摄氏度发生热缩冷胀的现象。因为氢键对于水的排列会让体积膨胀，而温度升高在破坏氢键的同时也有膨胀效应，这个温度区间氢键与热膨胀之间的竞争会导致反常。对于有机材料来说，结构更多样复杂，不仅本身有大分子结构，分子之间的相互作用也很复杂。塑料瓶的材料(PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PS（聚苯乙烯）、PE（聚乙烯）等)本身其实是一个正温度系数的材料（受热膨胀），但是塑料瓶在加工成塑料瓶的过程中，塑料在模具内加热拉伸后被冷却，分子链被“固定在拉伸状态”，当加热后，高度拉伸的分子热运动被激活，使之回到总体能量更低的情况，从而发生收缩[1]。

上述情况是当热水倒在瓶子上并很快出现了不可逆的变形的情况的解释。如果是倒入热水后盖上盖子瓶身随着水的降温缓慢收缩，那就有比较简单的理解，即倒入热水使瓶内空气受热膨胀逸出，当热水温度下降后空气体积骤减，内部压强变低，大气压把柔软的瓶身挤压凹进去。这种因气体温度变化带来的“凹陷收缩”，也可能让瓶子明显变小。

参考文献：

1. Wu, G., Yoshida, T., & Cuculo, J. A. (1998). Heat induced shrinkage and microstructural changes in PET: As-spun fibres prepared via ‘Controlled Threadline Dynamics’. Polymer, 39(25), 6473-6482.

by 小被子

Q.E.D.
Q8 为什么下雨时无论怎么注意，运动鞋都会湿掉呢？

by zou

答：

小编也曾有相同的疑问：明明打了伞，也没有去踩水坑，为什么在雨中走了一会，运动鞋还是湿了？

仔细观察后，小编发现让运动鞋湿掉的“元凶”不止一个。首先是雨伞的保护不力。下雨时通常伴随着风，哪怕是微风，也会让雨滴倾斜，再加上我们走动时脚不停前后摆动，运动鞋和裤脚很容易就会脱离雨伞的“防御范围”，被雨滴打湿。其次是雨滴的溅射。雨滴砸在地面上会炸开成无数小水滴，以放射状向四周飞溅，让鞋面的“生存环境”更加恶劣了。

最后是鞋子自己“甩水”。当我们踩在湿润路面或极浅的积水上时，不需要踩进水坑，水就会因为表面张力和毛细现象，迅速填满鞋底的凹槽和纹路。当我们在行走过程中抬脚时，鞋底前部附着的水会脱离鞋尖，向前上方抛出，当脚进一步往前落地时，被抛出的水会恰好落在的鞋尖上。（这个过程的具体受力分析，可以点击参考资料阅读哦）

这么看来，雨天想要完全避免鞋子被打湿，简直是个不可能的挑战！如果雨下得比较大，大家还是尽量穿着防水的鞋子或雨靴比较好~

参考文献：

1. 如何解决雨天鞋尖甩水的问题?——中科院物理所

by 冰糕

Q.E.D.
Q9 我突然发现无论是学校里的操场还是别的操场，观察到人们都是统一的逆时针跑？这是为什么呢？

by 7.9

答：

你或许听过两种解释：地球自转的科里奥利力，或心脏偏左导致重心偏左。但在直径不过百米的操场上，这些效应微弱到几乎可以忽略，甚至不如一阵侧风影响大。

真正的原因，一半在身体，一半在规则。多数人右腿习惯性更强。弯道跑时，外侧腿要跨更长的弧、承担更多蹬地发力的功能。逆时针转弯，恰好让多数人的右腿落在更吃力的外侧，左腿在内侧负责支撑转向——这个分工碰巧和肢体习惯合拍。但这个优势其实很小，日常慢跑时很多人甚至感觉不到。

真正把这事定下来的，是规则。20世纪初，国际田径比赛为统一计时和裁判，在1913年将逆时针正式写入竞赛规程。此后全球的跑道设计、体育教材都围着这个方向转。一代代人在此规则下长大，就变成了不需思考的身体记忆。

其实不只是田径场，自行车馆、短道速滑等也大多沿用这一方向。不过长期单向绕圈会让身体两侧受力不均，所以体育课上偶尔会要求反向跑，这是在让关节负荷更均衡。下次大家不妨也顺时针慢跑两圈，你会体会到一种微妙的不习惯感。

参考文献：

1. 陆爱云.《运动生物力学》[M]. 北京: 人民体育出版社, 2010.

by 柠七

Q.E.D.
Q10 看到有帖子说可以把被子装进黑色垃圾袋里放太阳下晒，这么干真的能晒被子吗？

by 默墨

答：

把被子装进黑色塑料袋暴晒，能升温，但算不上真正的晾晒——它只解决了“热”，却困住了“湿”。

黑色表面对可见光的吸收率高，套上黑袋子后，袋内会形成微型温室效应。晴朗夏日的午后，袋内气温通常比环境高10到15℃。这个温度短时内能让部分尘螨失活，但热量向被褥深处传导极慢，对藏匿在纤维孔隙深处的个体，杀伤力有限。

晒被子，首要的目的是“干”，其次才是“晒”。尘螨身体的绝大部分是水，存活高度依赖潮湿环境。把被子摊开晾晒，流动的空气不断带走纤维缝隙里的湿气，螨虫会因快速脱水而失去活性。同时，阳光中的紫外线能直接损伤微生物的DNA，抑制其繁殖。用塑料袋一包，紫外线几乎被尽数挡掉；湿气虽受热蒸发，却困在袋内无处可散。随着日头偏斜、温度回落，水汽又会冷凝成液态水渗回被芯。被子经历的，实质上是一场又闷又潮的“局部桑拿”——非但没排掉湿，反而可能给霉菌提供了适宜的条件。

如果居住环境灰尘大、花粉多，用黑袋套着晒确实能隔离室外污染。但操作时切忌把袋口完全扎死，务必留出通风缝隙。加热完毕后，立刻将被子取出，在通风处摊开晾挂，让积聚的水汽随风散去。对被褥而言，流动的空气与直射的阳光，永远是最有效的天然清洁剂。

by 柠七

Q.E.D.
投票 本期答题团队

小被子、柠七、Java、跑马仔、冰糕

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编辑：凉渐