正經提問：屁有顏色嗎？真的有「彩虹屁」嗎？

小朋友們總是會問起充滿想像力的問題。這些問題老師不教，爸媽不會、不問憋得慌。比如下面這個問題：屁有沒有顏色啊？為什麼在水裡睜眼看東西會看不清?為什麼積雨雲的下方是平的？今天，我們就來解決這些問題~

Q1

冬天的手機為什麼更費電？

首先，我們來解析一下題目：冬天的手機真的會更費電嗎？其實不然。我們所能說的只是，充滿電的手機在冬天可以使用的時間更短。出現這種情況的原因並不一定是因為手機消耗了更多的電能，也有可能是因為電池無法提供足夠多的電能。事實是，冬天手機的運行並不比夏天費電甚至更省電。冬天手機不耐用的原因是電池性能的下降。

現在手機普遍使用鋰電池，它通過化學反應產生電能。電池標稱的容量一般是在25攝氏度的環境下測得的。在低溫情況下，電池內化學原料的反應變得不徹底，在極低溫情況下，電池內甚至會結晶。所以儘管充電的時候儲存了足夠多的電能，但是在使用的時候並不能徹底的釋放出來，這也就造成了冬天的手機更費電的錯覺。另一種原因是，有些手機處於保護機器的目的會將手機設置為在低溫下自動關機。

Q2

為什麼在水裡睜眼看東西會看不清?

正常人在水中是遠視眼。在人眼中，晶狀體會把外界的光線匯聚成像到視網膜上，視網膜上的感光細胞會將信號通過神經傳遞給大腦形成視覺。因此，晶狀體在視網膜上成像的質量好壞是人能否看清物體的關鍵。由於水的折射率大於空氣，所以習慣了在空氣中看物體的人眼進入水中之後會難以將光線匯聚成清晰的像，這就是人在水中看不清的原因。同樣的，如果把魚拿到岸上，它就會變成近視眼，讀者可以自行分析原因。

Q3

物理學中有沒有「離心力」這一說法？

物理學中確實存在「離心力」的說法。但是離心力並不是真實存在的力，而是為了在轉動參考系中描述方便引入的假想的力。在非慣性系中，牛頓第二定律不再適用，但是如果引入一個合適的假想的力（慣性力），牛頓第二定律又重新適用，這樣可以簡化問題的求解。在平動的非慣性系中，引入的慣性力大小等於參考系加速度和物體質量的乘積，方向和體系加速度相反。在轉動參考系中，如果被研究物體不動，只需引入一個與向心力大小相等方向相反的假想的慣性力，這個力就是離心力。如果轉動參考系中的物體在動的話，還要引入科里奧利力才能合理地描述物體的運動。

一般情況下，我們默認選擇慣性參考系。所以，這時是不存在離心力的。當然旋轉中的物體飛出去也不是因為受到離心力的作用，而是因為外力不足以提供圓周運動所需的向心力發生了離心現象。

Q4

正經問：屁有顏色嗎？

正經答，人眼看來，他們是無色透明的。但是如果用一些特殊的手段，確實可以看到有顏色的屁。

屁的主要氣體來源分為兩部分：人在咀嚼時吞入到消化道中的空氣，以及身體消化系統內部菌群產生的氣體。如果我們看它們的化學組成的話，其絕大部分都是無色無味的氣體，比如氧氣，氮氣，二氧化碳，氫氣和甲烷。而屁的味道來自內部微量的硫化氫，吲哚和糞臭素等。這些人眼都看不到。

從另一角度來看，正常人每天都會要放好幾個屁。我們可以大膽假設，要是屁有顏色而且還被你看到了的話，肯定不會有這個問題了。假如現實是屁有顏色而你從小長到大從來沒有見到過，根據人的放屁頻率可以估算這種情況出現的概率。我們不妨設每人每天放8個屁，每個人和你接觸的時間為4小時。利用泊松分布可以計算得到 ta 在你面前不放屁的概率為 exp(-8/(24/4)) = 0.264，那麼你在接觸了13個人以後，你見不到屁的概率已經比你買彩票中一等獎的概率還要低了。

所以醒醒吧，人眼是看不到屁的顏色的。但是，一切困難都攔不住一個有夢想的人。

比如我們可以根據屁的溫度和外界空氣溫度的不同，利用熱成像儀來看到一個「有顏色的屁」。

圖 | BuzzFeed Multiplayer

老師，我買不到熱成像儀怎麼辦？別擔心，早在一百多年前，人們就發明了紋影法，只需要使用一個刀片，一個反射鏡就可以觀察流動的空氣。其基本原理其實很簡單，就是利用了密度不同的空氣的折射率不同，導致光線在通過這些折射率不一的空氣時會發生偏折，從而最終出現明暗變化。最早的紋影法是黑白的紋影法，人們只能看到黑白的屁。然而隨著技術的進步，人們也發明出了彩色紋影法，不過有沒有人試圖去看一下彩色的屁，就不得而知了。

利用紋影法觀察屁 | BANANA FACTORY

Q5

為什麼積雨雲的下方是平的？

首先我們知道真正的水蒸氣在空氣中是無色無味的，雲是大量水蒸氣凝結而成的小水珠的聚集體。

一般認為低雲包括積雨雲的形成過程是一個絕熱降溫過程，此過程中，隨著氣體高度升高，溫度降低，形成未飽和濕空氣，當未飽和濕空氣繼續冷卻達到飽和時即開始出現小水珠的凝結，形成雲。一般將在空氣中水汽含量不變， 保持氣壓一定的情況下， 使空氣冷卻達到飽和時的溫度稱露點（Td），實際溫度（T）與露點溫度（Td）之差則表示空氣距離飽和的程度，同時將雲形成過程中未飽和濕空氣飽和時的高度稱為抬升凝結高度（LCL）,可以通過地面溫度和地面露點溫度進行估算，約為其差值的123倍：

對於局部地區的空氣而言，其抬升凝結高度在短時間內是固定的。根據云朵形成的熱泡理論，地面的濕空氣形成熱泡在浮力的作用下上升，達到抬升凝結高度時凝結形成小液滴，在固定抬升凝結高度的限制下形成平平的雲底。

參考：https://www.zhihu.com/question/33447359/answer/56528557

Q6

什麼是信息熵？

信息熵是資訊理論的概念，1948年香農創立資訊理論時提出了信息的度量問題，採用「熵」這一名稱。

類似於熱力學熵，信息熵也可以認為是紊亂程度的測度，用來表徵物理系統運動狀態的不確定性。當通過通信收到消息後，我們對信息源的了解就更多，從信息源得到信息量，信息源的不確定性會減小，信息熵減少。當信息源的狀態完全確定或者說完全有秩序時，信息熵為零。

另一個信息熵定義的表述為：對於一個隨機變數系統，信息熵量度了在我們得到一個隨機變數時平均得到的信息量，這兩種定義是一致的。例如從一副洗亂的撲克牌中隨機抽一張牌，抽到某一張牌的概率是1/54，獲得的信息量為-log(1/54)(bit)；如果將牌按一定次序排好，系統是完全有序的，無論我們抽到哪張牌，我們都無法獲得更多的信息量，信息熵為零。

在資訊理論中，收到某一信息獲得的信息量定義為信息傳輸前後不確定性的減少量，信息熵描述了信源的平均不確定性，在無雜訊情況下，接收者接收信息是獲得的平均信息量即為信源的信息熵。

參考：《資訊理論》 傅祖芸

Q7

發電機的工作原理是磁生電，一般是用磁體運動，金屬體不運動，但如何使磁感線能夠被金屬體切割呢?

在電磁理論中，電場和磁場可以相互轉化。磁生電遵循的是法拉第電磁感應定律。磁場在電路中產生的電動勢一般可以分為兩種，一種叫動生電動勢：靠導線切割磁感線產生電動勢。另一種叫感生電動勢：依靠變化的磁場改變迴路中的磁通量來產生電動勢。在後一種情況中，迴路不需要運動，因為變化的磁場會產生電場從而驅動電路中的電子運動形成電流。對於，題主所說的這種情況，我們即可以認為磁體的運動帶動磁感線運動，磁感線切割導線產生了電動勢。也可以認為是變化的磁場產生電場從而生成電動勢。

本文經授權轉載自：

中科院物理所（ID：cas-iop）

如需二次轉載請聯繫原作者，

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