手機充電慢到底應該換掉誰？充電線 or 充電頭？

問答導航
Q1 為何有些顏色讓人看著難受？
Q2 同力捶桌子為何比捶棉花疼？
Q3 為什么電話線是螺旋狀？
Q4 公交地鐵停穩時為何會猛晃？
Q5 充電快慢取決于線還是頭？
Q6 影子靠近為何形成“影子橋”？
Q7 空氣濕度是如何計算出來的？
Q8 白光下手機屏幕為何現彩色？

by 歸零

答：

先說結論：其中的關鍵在于它們有沒有把你的視覺系統逼到高負荷運轉——一旦處理成本太高，眼睛和大腦就會本能地“抗議”。

可以把人眼想成一臺會自動調節的相機。視網膜里的三類視錐細胞分別負責不同波段的光，當你看的是低飽和、過渡平緩的顏色時，這套系統基本在“巡航模式”，信號傳遞順暢，大腦處理起來也很輕松。但如果是高飽和、強對比的組合（比如純紅配純藍），等于同時把幾路信號推到極端，大腦要花更多力氣去“調和沖突”，刺眼、發緊的感覺就出來了。

亮度差也是一把“隱形油門”。特別亮和特別暗的顏色放在一起，會讓瞳孔和視覺神經頻繁調整，有點像你在強光和暗處之間來回切換，時間一長自然容易疲勞。再加上那些密集、細碎、對比強烈的圖案，會不斷刺激視覺系統的邊緣檢測機制，讓人很難真正放松。

至于為什么很多人偏愛藍天、綠色這類柔和色調，也可以從經驗上理解：我們長期生活在這樣的環境里，大腦更習慣處理這類“溫和信號”，負擔更小。

說到底，眼睛并不是真的在“挑顏色”，它只是更偏向那些處理起來不費勁的光。

參考文獻：

1. 彭聃齡. 普通心理學(第5版)[M]. 北京: 北京師范大學出版社, 2019.

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

by 檸七

Q.E.D.
Q2 相互作用力一樣大，那為什么用同樣的力捶桌子比捶棉花感覺疼？

by 炮

一般我們說用同樣的力捶 其實是控制手揮出去的速度一致。從動量角度來看，兩種情形下手的速度都是從某一個值降到0，動量變化相同。

但由于棉花比較軟，手捶下去時棉花被壓縮，延長了減速時間。根據動量定理

相同動量變化下，作用時間越長，平均作用力越小。因此，棉花的緩沖作用讓平均作用力比捶桌子要小。

那在整個過程中牛頓第三定律依舊滿足。牛頓第三定律說的是同一瞬間、同一對物體之間的瞬時作用力總是大小相等、方向相反。而動量定理給出的，是整個撞擊過程中的平均作用。此外，捶棉花時，棉花會發生明顯變形并包裹拳頭，實際接觸面積會增大，從而減小了壓強。因此，捶桌子時平均力更大、壓強更高，而捶棉花時力更平緩、壓強更小，所以捶桌子比捶棉花感覺更疼。

by Sid

Q3 為什么電話線是螺旋狀？

by 匿名

答：

以前的電話線其實也是直的，但后來經過人性化的改良之后，才把直的電話線改成了螺旋狀的線圈。因為使用時需要經常拿起來，而且偶爾會需要四處走動，就需要電話線能夠長一點，但如果是很長的直線，把聽筒放回機座的時候，這種長線就會非常的凌亂而且時間長了可能會打結(參考耳機線)，且很占地方，線掛地上臟，放桌子上又亂。因此發明者就把連接線做成螺旋狀，這樣使用時能自然拉伸，回收的時候又會因為拉力自然收縮。

還有因為電話線是經常被拉扯的部件(用老式電話機打電話的時候，不信你不玩電話線)。螺旋形狀能均勻分散拉伸時的張力。當你用力拉聽筒時，螺旋線會伸展，起到緩沖作用，防止內部脆弱的銅導線被直接拉斷。由于線纜懸空且能自動回縮，避免像普通長線那樣在桌角被反復摩擦或在地面上被踩來踩去，減小使用損耗。

by 藍多多

Q.E.D.
Q4 為什么像公交車，地鐵這類在減速的時候能夠感受到一點微微的加速度，但是在最后停穩的那一瞬間會突然有一個很大的先正向再反向的加速度，表現為最后停的時候所有人都會很猛的晃一下

by ChimeSky

答：

慣性，是描述物體在沒有外力作用時會保持其靜止或勻速直線運動狀態的一個性質。

我們為了便于理解，可以把車當成一個彈簧車，這是為了放大變化，僅作為解釋說明。首先是減速，當車輛在減速時，因為慣性車的重心會保持原本的狀態向前移動，所以公交車或者地鐵車身前部的懸掛彈簧先會劇烈壓縮，然后再回彈，這時候整個車身就會表現出點頭的狀態。

汽車原本行駛過程時突然減速，彈簧被壓縮

減速的部分我們說完了，接下來說一下停車的部分，停車的晃動稍微復雜點。

在車輛即將完全停穩的瞬間，原先一直處于壓縮狀態的彈簧會一下子釋放，車就會猛地一晃，這個反彈力傳遞給乘客的時候就會感覺身體被推了一下。

車和人一起在勻速行駛的過程中，本來是保持相對靜止的，結果車猛地一減速，人身體因為慣性還是保持向前的趨勢，但是腳底板被摩擦力固定，就形成了一個力矩，以腳為支點的力矩，所以你就會往前傾。為了不上自己摔倒，你就會向后發力保持平衡。當車輛完全停穩的瞬間，向前的慣性力突然消失了。但你的肌肉還來不及放松，仍然保持著向后用力的狀態。這股“多余”的力量就會讓你的身體猛地向后仰一下。

并且這種現象在站著的乘客身上比坐著的乘客更明顯，站立的乘客重心更高，平衡更難維持，因此對車輛的加減速和晃動會更加敏感。

by 藍多多

Q.E.D.
Q5 充電的快慢是取決于充電線、還是充電頭？

by 茉立

答：

先說結論：充電快不快，不是頭或線單獨說了算，而是由“充電頭、充電線、手機”共同決定。這其中存在著木桶效應，充電速度被這三者中最弱一環卡著上限。

充電頭是“水泵”，決定供電天花板。它負責將 220V 交流電轉為手機能用的直流電。支持快充的頭能動態調配電壓和電流，把水壓拉滿。但水必須通過“水管”（充電線）輸送。普通線內部銅芯細、電阻大，強過大電流不僅發熱還容易燒毀。因此，很多高功率快充線頭里會特意藏一顆E-Marker 芯片。它相當于通行證，沒它確認安全，系統絕不敢火力全開。

這里最核心的其實是手機，它才是掌控全局的“大老板”。插電瞬間，手機電源管理芯片會和充電頭瘋狂“對暗號”（即驗證快充協議）。只有握手成功且查驗線材達標，才會允許大功率注入。不僅如此，手機還會動態“踩油門”：低電量時全速灌水，快充滿時果斷切成涓流慢充來保護電池壽命。

所以，想體驗滿血快充，務必湊齊協議匹配的“快充頭+特制線+兼容手機”。下次如果充電速度沒達到預期，別急著讓充電頭背鍋，不妨先查查那根平時最容易被忽視的數據線，看看它是不是成了隱藏的“限速器”。

參考文獻：

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

by 檸七

Q.E.D.
Q6 為什么兩個影子相互靠近，在碰上前那一刻會像水的表面張力一樣吸引在一起形成一個“影子橋”？

by 皮夾克

答：

雖然“影子橋”看起來特別像水滴相遇時的表面張力，但它背后并沒有真正的物理吸引力，而是源自光源的幾何學特征和人類的視覺錯覺。

如果照亮物體的光是一個理想的點光源，那么物體的影子邊緣會非常銳利，兩個影子靠近時也會像兩個磚塊一樣，直到真正碰到才會連在一起。但在日常生活中，無論是太陽、日光燈還是手機閃光燈，都有一定的體積，屬于擴展光源，比如小編的手機閃光燈就是一個長條形的擴展光源：

因為光源有面積，光線會從不同的角度射過來，這就導致影子的結構分成了兩部分：光源被物體完全擋住的地方是本影，最黑。光源只被擋住了一部分的地方是半影，這里的影子是灰色的，邊緣是模糊的。因此我們看到的影子邊緣，其實不是非黑即白的界線，而是一層逐漸變淡的灰色“半影”。

這是小編手機閃光燈下兩根手指的影子，由于閃光燈近似是一個線光源，只有在平行于光源的方向上，半影比較明顯。當兩根手指的影子逐漸靠近時，“本影”還沒接觸，但它們邊緣的“半影”已經開始重疊了。當兩個半影重疊，中間縫隙瞬間變暗到和本影接近，和旁邊的亮度形成了巨大反差。此時，你的大腦和眼睛會立刻判定：“這里也是影子的一部分！”于是，在你的視覺中，原本各自獨立的兩個黑影，像水滴的表面張力一樣把彼此“吸”了過去，形成了“影子橋”的視覺效果。

不過，小編的手機閃光燈，實際上是兩個近似點光源的 LED 燈珠縱向排列而成——因此還原不出很自然的“漸變”效果。大家可以拿起手邊的光源，或是在晴天的太陽底下，親自嘗試一下哪些光源能夠形成“影子橋”呢？

by 冰糕

Q.E.D.
Q7 空氣濕度是怎么算出來的，56%的濕度是說明空氣中 56%是水蒸氣嗎

by W

答：

日常生活中我們說的“濕度 56%”，并不是指空氣中有 56%是水蒸氣。實際上，無論在什么樣的高溫高濕天氣下，水蒸氣在空氣中的總體積占比都非常小，通常只在 0%到 4%之間，而我們平常說的“濕度”，其實是“相對濕度”，它表示的是在當前的溫度下，空氣中實際含有的水蒸氣量，占空氣所能容納的“最大水蒸氣量”的百分比。

相對濕度的計算公式是：相對濕度 = (實際水汽壓 ÷ 飽和水汽壓) × 100%，其中“飽和水汽壓”是在當前溫度下，空氣中水蒸氣能達到的最大壓力。為什么要強調“當前溫度”呢？這是因為飽和水汽壓會隨溫度上升而增加——也就是溫度越高的空氣，能夠“承載”的水蒸氣越多。

生活中，我們為什么要使用相對濕度呢？因為相對濕度直接關系到人體的舒適感、物體的干燥/發霉、天氣是否會下雨。我們感覺“潮濕”還是“干燥”，主要取決于相對濕度——相對濕度低時，空氣中的水蒸氣遠未達到飽和，汗水很容易蒸發；而當相對濕度達到 100%，空氣無法再吸收哪怕多一丁點兒的水蒸氣，多出來的水蒸氣就會凝結成液態水（如起霧、結露水或者下雨）。此時人們身上的汗水也完全無法蒸發到空氣中去，因此在相對濕度 100%的環境中，即使溫度不是很高，人們也會感到極其悶熱。當然，嚴格來說相對濕度的上限并非 100%，在空氣中缺少凝結核等條件下，也可能出現相對濕度超過 100%的過飽和狀態。

by 冰糕

Q.E.D.
Q8 這是在車站候車室拍的照片，為什么手機屏幕會出現彩色，候車室的燈光都是白色?

by 乒乓

答：

先說結論：你的手機沒壞，只是客串了一把“反射光柵”，把候車室的白光當場拆成了彩虹。而且，這絕非雨后那種普通的彩虹。

關鍵在你的屏幕。顯微鏡下，屏幕面板內密密麻麻排列著絕對規則的像素點陣與觸控網格。在光的尺度上，這層二維結構就像兩把互相垂直的極密“梳子”。當包含各色光波的白光照到“梳子”上時，會觸發物理學上的“衍射與干涉”。這里必須請出光柵最靈魂的公式：

其中 是光波長， 是偏折角， 是代表“衍射級次”的整數。這個極簡的公式揭示了兩個硬核真相：

第一，波長 越長的光，偏折角 就越大。所以紅光被甩得遠，藍紫光離得近，白光就這樣被按顏色拉開。第二，最神奇的地方在于，因為 是整數（比如 1,2,3...），這意味著這種色散現象不是只發生一次，而是會在空間中按特定的角度周期性地反復出現！

由于屏幕是一張二維十字網格，這些周期性重復的彩色光帶便沿著水平和垂直方向同時向外發散，最終形成了照片中那種一層接一層、不斷重復的十字彩虹陣列。

你不僅拍到了光被拆解，更拍到了光波遵循物理規律在空間中跳躍的瞬間。下次等車無聊時不妨多轉轉手機，你手里握著的，本就是座能隨時把玩的光學實驗室。

參考文獻：

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

by 檸七

Q.E.D.