為什么便利貼撕下來會翹得不一樣？ | No. 487

為什么便利貼

從下往上撕就會橫向翹起來

從左往右撕就會縱向翹起來

問答導航
Q1 彩印和黑白印為什么后者會容易糊？
Q2 地球為什么有吸引力？
Q3 大舌音對于我國初學者為什么這么難？
Q4 水性筆墨水為什么在衣服上不容易洗掉？
Q5 真空的宇宙為什么有溫度？
Q6 老磚房上的白色霜粉是什么？
Q7 可不可以用閃電的高電壓快速電解水？
Q8 人能沿著無限長的梯子爬入太空嗎？
Q9 空氣炸鍋的原理是什么？
Q10 為什么便利貼撕下來會翹得不一樣？

Q1 同樣的白紙，為什么彩印后遇水后容易糊掉，而非彩印的遇水不會糊掉？

by 匿名

答：

這兩種情況的核心區別在于打印技術所使用的“墨水”和其附著方式。

我們通常說的“彩印”多指彩色噴墨打印，它使用液態墨水。這些墨水（尤其是色彩鮮艷的染料墨水）是水溶性的，它們以微小的液滴形式被噴射到紙張表面，主要通過物理方式附著在纖維淺層。當紙張遇水時，水會重新溶解這些染料分子，導致字跡或圖案隨著水擴散開來，從而變得模糊不清。

而“非彩印”通常指黑白激光打印，它使用的“墨水”是干性的碳粉。碳粉本質是含有塑料樹脂的細微顆粒。打印時，打印機通過高溫高壓將碳粉瞬間熔化，使其牢固地“燙”在紙張纖維上，冷卻后形成一層防水薄膜。因此，即使紙張本身被水浸濕，這層固化了的碳粉字跡也不會被水溶解或沖走，從而保持了清晰。 簡單來說，噴墨像是用水性筆在紙上染色，遇水即化；激光打印則像是用融化的塑料在紙上烙印，防水牢固。

by clouds

Q.E.D.
Q2 地球為什么會有吸引力？

by 周慶玲

答：

這是一個深刻而復雜的問題，解釋它需要進入廣義相對論的世界。

據說曾有一顆蘋果啟發牛頓發現了萬有引力，統一了天上和人間的物理學。所謂“萬有”，大到星辰，小到塵埃，凡有質量的物體間都會產生引力。引力作用對象如此普遍，不免令人困惑。更關鍵的是，物體所受到的引力精確的與其質量成正比。質量本是用來描述物體的慣性，卻能決定一種力的大小，這仿佛在暗示引力并非普通的力。愛因斯坦經過長期思考，提出了一個驚人的結論:引力并不是我們通常所說的“力”，而是時空彎曲效應的體現。

物體不受外力時會靜止或勻速直線運動，這符合人們的直覺。人們往往認為直線運動是最“自然”的運動形式。然而，這種想法默認了空間是平直的。想象一個小球從空無一物的空間中穿過，我們會下意識的認為空間就像平坦的桌面，小球劃出平直的軌跡。

但在曲面上，“直線”要重新定義。從北京到廣州去，在我們的眼里走過的路徑是直線。但在太空中的宇航員看來，我們在地球表面走過了一段圓弧。曲面上兩點之間的最短路徑叫做測地線。我們往返北京與廣州走的正是兩點間的測地線。愛因斯坦認為，時空是一體的四維結構，有質量的物體會扭曲時空。物體在彎曲的時空中自發沿測地線運動，正如在平直空間中沿直線運動。

在地球附近，時空被質量扭曲。物體運動到附近自然沿著彎曲時空的測地線運動。正如一片平坦的沙地中間有一個深坑，經過附近的小球自然會滑落底部（這只是直觀聯想，物理本質不同）。但我們并不知道自己處于彎曲的時空中，對這種非直線的運動難以理解，就將這種現象解釋為受引力作用。

“物質決定時空彎曲，時空決定物質運動”，這句話高度概括了廣義相對論的核心思想。這套理論聽上去荒謬，但一個世紀以來成功解釋了引力透鏡和水星近日點進動等現象，受到了廣泛的認同。

參考資料：

1. 趙凱華.羅蔚茵.新概念物理教程.力學[M].北京:高等教育出版社.2004

by des

Q.E.D.
Q3 俄語中的大舌音Р-р發聲時需要利用氣流通過舌頭與口腔上部之間的縫隙，導致舌尖震顫發聲。這一發音的過程物理原理是什么？為什么對于有大舌音語言的中國初學者來說，掌握這個發音很難？從物理學的角度來看，如何發好這一發音？

by 匿名

答：

這個發音是一個舌尖顫音，其核心是利用流體力學中的伯努利原理來實現舌尖的自激振動。

一方面，呼氣時，將舌尖抬高至接近上顎，形成一個極窄的縫隙。根據伯努利原理，流經這個狹窄縫隙的氣流速度會急劇增加，導致縫隙內的靜壓力顯著降低。

另一方面，外部較高的氣壓與縫隙內較低的壓力形成一個壓力差，將松弛的舌尖吸向縫隙。一旦堵塞，氣壓回升又將舌尖推開。舌尖就在“被吸住”和“被推開”之間高速交替，高速振動，產生顫音。

掌握困難的原因：普通話缺乏這種舌尖顫音，對于這種全新的發力方式完全不熟練。

物理學建議：成功發音需滿足兩個條件：持續有力的氣流和適當松弛的舌尖（允許振動）。訣竅是先感受強氣流，再找到舌尖能被氣流啟動的那個“臨界松弛點”——既不過緊也不過松。

by 靈境

Q.E.D.
Q4 為什么水性筆墨水沾在手上可以輕松洗掉但沾在衣服上就不容易洗掉了？

by 拉文克勞級長

答：

水性墨水，顧名思義，常常是有顏色的墨水分子溶解在水中形成的溶液。書寫時，溶劑水快速揮發，在紙面上留下墨跡。而清洗墨水是一個兼具力學過程和熱學過程的行為。

從力學角度看，清洗利用水流的沖擊，將微小墨水顆粒沖刷帶走，從而實現洗凈的功能。對于皮膚而言，皮膚是不斷新陳代謝的生物器官，其最外層是不斷脫落的角質層，容易在揉搓和沖刷過程中連帶著墨跡一起被水利沖刷走；但對于衣服等織物而言，表面十分粗糙，有數量多，深度深的宏觀溝壑，容易遲滯水流，降低水流的沖擊力，就像躲避炮火的戰壕；此外織物表面應當會設計的盡量堅韌，而不能通過脫落帶走附著的墨跡。

從熱學角度看，系統總是趨于微觀狀態數更多的宏觀狀態，這引起了擴散、溶解等現象?？紤]清洗用水是快速流動更新的，墨水分子在流水中的濃度趨于0，而在皮膚表面附著的墨水分子具有相對大的濃度和更少的結合位置，這就好像在一間人多座位少的小自習室旁邊開了一間幾乎沒人的大自習室，同學們就會自發地前往大自習室，墨水分子就會自發溶解于流水中，從而被沖走。與之相對的，衣服等織物中的有機纖維分子提供了數量巨大的吸附墨水分子的位置，同時纖維分子的親水基團對水溶墨水分子吸引力更強，就好像提供了在原來的自習室里更多更舒適的座位，自發前往大自習室的同學們就會變少，墨水也就更難溶解而被洗凈。

綜合以上兩個方面，衣服上的墨水比手上的更難洗凈。

by 歐拉格朗日

Q.E.D.
Q5 既然溫度是分子或原子運動產生的，那真空的宇宙為什么有溫度？

by 匿名

答：

關于“溫度必然源于分子或原子熱運動”這一說法，在理論物理層面存在認識論上的局限性。該定義基于經典氣體分子運動論，僅適用于稠密物質系統。在宇宙學尺度與量子場論框架下，溫度的物理定義具有更廣泛的普適性，不依賴于實物粒子的存在。宇宙真空溫度的物理機制，需從輻射場熱力學這個維度進行闡釋。

在嚴謹的統計力學中，溫度由系統熵 隨內能 的變化率定義，即 。只要物理系統擁有能量態且服從統計分布，即具備溫度屬性。

宇宙真空并非沒有能量，而是充斥著量子化的電磁場即光子，它作為玻色子遵循玻色-愛因斯坦統計。宇宙大爆炸遺留的宇宙微波背景輻射構成了真空的基底能量場。觀測表明，該輻射場的頻譜分布完美符合普朗克黑體輻射定律。

其中 為普朗克常數； 為玻爾茲曼常數； 為真空光速； 為絕對溫度； 為波長。這意味著，即使真空中沒有任何原子，光子氣體本身的能量分布特征也直接對應一個明確的熱力學溫度 。

通過對獲取的光子波長的分布進行統計，然后使用數學上的方法對分布數據進行擬合，便可以計算得到宇宙的背景溫度 。這個溫度表征的是電磁場能量在頻率空間的統計分布，而非實物粒子的機械運動。

參考資料：

1. Sommerfeld, Arnold. Lectures on Theoretical Physics: Thermodynamics and statistical mechanics. Vol. 5. Academic press, 2012.

by 一毫

Q.E.D.

Q6 老式磚房的墻面上常常能看到白色霜粉，那是什么物質？

by 水林齊

答：

這種現象稱為“反堿”，而你看到的白霜實際上是一些鹽的結晶，比較常見的成分有碳酸鈣（CaCO3）、硫酸鈉（Na2SO4）、碳酸鉀（K2CO3）等。

這些鹽類物質主要有兩個來源，首先，磚塊本身就含有非常多的離子，如 、 、 、 等。墻體受潮以后，水把這些鹽溶解，再沿著磚塊的毛細孔遷移到表面。隨著水分的蒸發，這些鹽被結晶析出，就成了你看到的白霜。

此外，如果墻體比較靠近泥土，那么泥土里的水也會攜帶著各種鹽類物質滲透進磚塊里，再經過水分蒸發在墻體表面析出，而這其中就包含了一些硝酸鹽。我們知道火藥的主要成分之一就是硝酸鉀（ ），所以村里一些大膽的小孩就會收集這些白霜拿火點著玩（危險行為不要模仿?。?/p>

其實，除了這種老式磚房，現代的水泥建筑上也常常出現反堿的現象。比如，用于外墻裝飾的水泥砂漿中就含有大量的 ，它們被雨水溶解后抵達墻體表面，會與空氣中的 反應形成白色的碳酸鈣（ ），最終形成一層更堅硬、更難清理的白霜。

參考資料：

1. 劉澤,尹勝威,何霞.建筑物墻體泛堿成因及防治方法[J].遼寧建材,2005,(01):62.

2. 靳寶龍,范建軍.墻體泛堿的成因與治理[J].江西建材,2018,(10):58-59.

by 叉叉

Q.E.D.
Q7 可不可以利用閃電的高電壓快速電解水？

by 畢業生小王~

答：

好消息：理論可行！

理論上，閃電也是電流，當然可以滿足電解的條件：電解水需要超過1.23V的啟動電壓，現實中由于電阻存在，通常需要2V的電壓；而閃電的云地電壓在1-10億V之間，即使大部分電壓用來維持閃電通道，但剩下的電壓也必須擊穿水體進入大地，而1cm的水層就需要七十萬V的電壓擊穿，遠超出電解水的閾值。

壞消息：產率低得連理論都看不下去了...

先不說閃電的高度不穩定性和隨機性、如何修建安全防護措施、怎么收集產物（閃電需要建立一條云地通道，由于靜電感應的尖端放電效應，通道會主動趨向地面上“尖銳”突起的地方，也就是地勢較高的位置，因此平坦的水面受雷擊的概率遠低于凹凸不平的地面，所以，為了被閃電擊中，你的水體必須位于所有裝置的上方......那水體上的產物誰來收集呢？），不妨假設我們用奇妙的技術解決了以上難題，我們看看理論的產率。

首先，閃電擊中水體的時候，第一個到達水體的當然是近乎光速傳導的電流；但和電流一樣快到達的是巨大的電場，它使得水體內的電子狂暴地沖擊原子核，產生巨大的焦耳熱量。溫度是分子動能的反映，但動能已經不需要用溫度來描述了：水分子直接被電子擊碎成原子和離子，發生劇烈的熱解離。熱解與電解都是由于電子的碰撞，但好比光電效應和雙縫干涉，由于能量的巨大差異，其效果完全不同：電解時，電子以一個“剛剛好”的能量撞擊分子，通過共振吸收，恰好破壞掉特異的化學鍵（水分子的O-H鍵），產生H+、OH-或自由基；而熱解則是電子以碾壓式的動能，把水分子暴力拆解成原子核、自由電子、各種不穩定的自由基和離子組成的一鍋沸騰的“湯”，也就是等離子體（又稱電漿）。熱解的速度比電解快一千倍以上。

隨后，被拆成零件的氫氧（已經沒有必要區分是原子核、離子還是自由基了，如此高的溫度下，無論什么形式的粒子都可以被強行組合或拆解）在等離子體內部隨機地相互結合成氫氣、氧氣、水分子，產生劇烈爆炸。配合之前高溫導致的水的高速蒸發和空氣的高速膨脹（大約1700倍），引發強大的沖擊波，剩下少量外圍的產物被沖擊波推走，迅速逸散到空氣中，和其他分子產生溫和的反應，無法收集。

最后，閃電的脈沖耗散減弱。高頻電流有一個特性：趨膚效應，就是說，高頻的電流總是盡可能貼近導體的表面，因為導體內部有反抗電流變化的感應電磁場。而閃電——在微秒時間里急速沖上峰值——毫無疑問是極高頻的電流，因此，閃電的電流擊中水面后，不會深入水體，而是平攤在水面上迅速擴散開。此時，電流迅速衰減（和到閃電落點的距離成反比），這就是你唯一能收集產物的時候。好消息是，由于趨膚效應，產物也基本都生成在水面，收集起來很方便；壞消息是，巨大的能量被電離、爆炸、水的電阻耗散地干干凈凈，收集到的氣體可能少得可以忽略不計......

by 竹銘

Q.E.D.
Q8 假如有一根很長很長的梯子穩穩的立在地上，永遠不會倒塌，一個人可以不吃不喝不呼吸地一直爬，能夠脫離地球進入太空中嗎？(顯然爬行的速度達不到第一宇宙速度) ？

by 住在土衛六的火星人

答：

理論上來說，這樣的一根梯子確實可以幫人類進入環繞地球的軌道——雖然靠肉體爬上去會有億點點小難度。讓我們來復習一下航天器環繞地球運行的條件：

在近地軌道上，軌道半徑近似等于地球半徑，此時航天器飛行速度約等于第一宇宙速度，即7.9km/s。但環繞地球運行的航天器，速度并非都要達到這一數值。

當軌道半徑為r時，航天器要滿足：

其中 是地球質量， 是航天器質量， 是航天器線速度， 是角速度， 是軌道半徑。顯然，軌道半徑越大，航天器的角速度 越小。那么有沒有一條軌道，使航天器角速度等于地球自轉的角速度？有的，這就是地球同步軌道。地球同步軌道上的衛星，距地球表面約三萬六千公里，環繞周期等于地球自轉周期。如果衛星運行在地球赤道的正上方，且軌道為正圓，它的軌道就叫地球靜止軌道，從地球上看，它永遠靜止在天空中的同一個點上。

我們不妨在赤道上豎起一根高達三萬六千公里的梯子，派一名“勇士”沿梯子向上爬，當他到達梯子頂點，隨地球一同自轉的梯子末端的速度，恰好滿足環繞條件。此時即使他松開梯子，也可以繼續環繞地球運行。這個過程中，爬梯子的速度不會影響最終的結果——因為這種入軌方式并不依賴爆發性的加速，而是靠梯子的機械支撐，一步一步地對抗地球引力，持續地做功，逐漸增加距離地心的距離。如果真的有這樣一根神奇的梯子，就連蝸牛都能靠自己進入太空呢！

而普通火箭要想進入這條軌道，必須首先達到第一宇宙速度，進入近地軌道——同時還要保留足夠的燃料，進一步提升軌道，相較于我們的“太空梯子”，可要麻煩太多了。現實中，科學家們稍加修改，把梯子換成纜繩，提出了太空電梯的設想。用一根強度極高的纜繩連接地面與同步軌道上的空間站，用電能將載荷送往同步軌道，即可實現高效入軌。然而，太空電梯對材料強度、密度等參數要求極高，我們暫時只能在科幻作品中一睹其真容。

by 冰糕

Q.E.D.

Q9 空氣炸鍋的原理是什么呢？

by 匿名

答：

先說結論：空氣炸鍋的本質并不是在“炸”，而是在用一套精心設計的熱傳遞機制，讓空氣盡可能模仿油的工作方式。 它之所以能把空氣“訓練”得像熱油一樣高效，關鍵在于內部的高溫熱源與強制對流系統。

炸鍋頂部的加熱管提供熱源，通過強烈的熱輻射快速加熱食物表層，使其溫度逼近美拉德反應區間。而真正改變加熱效率的是大功率風扇。它在狹小鍋腔內制造高速氣流，持續沖刷食物表面并帶走水蒸氣。根據牛頓冷卻定律，空氣流速越大，對流換熱越強?？諝庹ㄥ佌且揽窟@種“強制對流”，將空氣的熱傳遞效率推上了正常烤箱難以達到的水平。

在這樣的環境下，食物表面水分被快速驅離，從而變得金黃酥脆。同時，食物自身的油脂或刷上的薄油會在高溫下形成一層油膜，進一步促進局部脫水與焦化。雖然這遠不等同于浸沒式的深油炸，但這層油膜能顯著提升風味，讓成品口感更接近“炸物”。

總而言之，空氣炸鍋通過熱輻射升溫、強制對流提效、薄油膜助攻，將空氣的物理性能用到了極致。最終，你吃到的那口“像炸過一樣”的酥脆，其實是高速熱空氣和少量油脂共同合作的結果。

參考資料：

1. Andrés, A., et al. (2013). Mass transfer during air frying of French fries. Food and Bioprocess Technology.

by 檸七

Q.E.D.
Q10 請問為什么便利貼從下往上撕就會橫向翹起來，從左往右撕就會縱向翹起來？

by 匿名

答：

這是由于膠水和彎曲紙張的共同作用。

便利貼的膠水層最常用的材料是丙烯酸酯系壓敏膠 ，這類壓敏膠具有良好的黏彈性和表面濕潤性，這使其能夠迅速在被粘表面鋪展開，并很好的濕潤和填充被粘表面的微觀不平，且其內部又具有一定的強度，以維持其彈性?？梢詫⑵淅斫獬杉扔姓承粤黧w的性質，又有彈性固體的性質，是一種很奇特的材料。

當紙張被彎曲，由于紙張具有一定的厚度，曲面外側必然受到拉伸應力，其纖維結合被一定程度地拉伸或破壞，導致原有的微觀孔隙擴大，并產生新的微觀溝壑和間隙。這時，壓敏膠迅速地填充濕潤這些溝壑和間隙，并因其具有一定彈性而保持這種形態。這就像是掰彎一根彈簧并在其中插入木楔以穩定其形狀。也就是說當我們撕扯紙張產生彎曲，壓敏膠實際上起到了一個穩定形態的作用，所以我們從哪個方向開始撕，就會產生哪個方向的彎曲。一般來說，從左往右撕產生的彎曲更小，主要是因為縱向下端有一部分沒有壓敏膠，紙張在彎曲后回彈，限制了其卷曲程度。

從實用性的角度來說，我們在撕便利貼時最好選擇從左往右撕，這樣可以平整的貼在我們想要的地方。

參考資料：

1. 王貝貝，曹 盛，崔 傲，王莉婭.丙烯酸酯壓敏膠的制備及性能研究[J].中國膠粘劑，2023，32(10).

by 跑馬仔

Q.E.D.
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