雷雨天气是一种强对流天气，夏天下雨会电闪雷鸣？

2024-04-06 18:07:04 | 来源: 互联网整理

Q1小时候经常在路边摊玩激光枪、射气球。他发现，如果摊主充气球时气球掉在地上，他捡起来时气球很容易爆炸。如果气球不落到地上，哪怕用指甲轻轻一捏，气球也会爆炸。它不会爆炸。为什么是这样？鸿尊回复:

我认为气球可能不是通过捏而破裂的，而是通过“加热”它而破裂的。

今年夏天，大家一定都经历过，在阳光直射下，地面温度其实很高。午后的阳光甚至可以融化沥青路面，但实际上温度并没有那么高。这是因为地面直接接受太阳的辐射，而空气则主要靠地面辐射加热。另外，地面比热容小，空气导热性差。多种因素导致地面温度远高于气温。

如果摊位位于夏日午后的普通道路上，坠落地面的气球可能接触到了高温地面。高温会使气球即橡胶局部受热，导致机械性能下降，无法承受高压。这样，气球就无法承受高压。如果轻轻捏一下它可能会爆炸。正常的气球到处都是完好无损的，橡胶仍然有弹性。轻轻一捏它就会变形，但不会爆炸。

霜白

QEDQ2 为什么北方冬天下大雪时不打雷，而夏天下雨时却有闪电和打雷？

通过匿名

回答：

打雷与否与下雨还是下雪无关。夏季之所以更容易发生雷雨，很简单，因为夏季天气炎热，水汽充足，使得雷暴更容易发生。

雷暴是一种强对流天气。强对流天气是指气象学中发生突然、移动迅速、猛烈、破坏性极大的灾害性天气。主要包括雷暴、大风、冰雹、龙卷风、局地强降雨等，仅次于热带气旋和地震。是继洪水之后第四次最具破坏性的灾害性天气。强对流天气一般规模较小，一般水平范围约十公里至二三百公里。生命史短暂而突然。

强对流天气的成因是空气的强烈垂直运动。最典型的是夏季午后的强对流天气：白天，地面不断吸收太阳辐射，温度升高，同时放出辐射加热大气。近地面的大气温度升高、膨胀，在浮力的作用下上浮。如果有足够的水蒸气，就会形成上升的湿热气流。当上升到一定高度时，随着上层空气温度下降，水蒸气饱和，凝结成水滴。这是积雨云。高层积雨云中也可能存在冰晶。雷电一般发生在强对流的积雨云中。由于对流、积雨云中冰晶的粘附、水滴的破碎以及空气对流等过程，都会在云中产生电荷。云中的电荷分布相对复杂。不同的云可能具有不同电特性的电荷。带电的雨云会使地球感应出相反电特性的电荷。当电位超过空气的击穿强度时，就会向地面放电。不同电特性的雷云之间也可能发生放电，这就是云间闪电。

因此，夏季更容易满足雷暴天气的气象条件，但这并不意味着冬季就一定不会出现雷雨天气。

参考：

强对流天气的成因及类型

雷电的形成

雷电天气是如何发生的以及如果被雷击了怎么办

霜白

QEDQ3 为什么电风扇叶片高速旋转时会变得透明？

通过匿名

回答：

看下面的图片 5 秒钟。。。。。

图片|百度百科

你以为一开始你能分辨出旋转方向，但是1秒后你就看不出来了，过一会儿就变得透明了（绿色太明显了，可能不是完全透明的）？，颠倒了一会儿？

原理：人眼具有视觉保留作用。研究表明，人眼的帧频约为24Hz，这意味着人眼在观察场景时会停留1/24秒[1]，而电风扇的转动频率一般可以达到40Hz以上。这就导致了人眼的视觉滞留效应，即人眼的识别速度跟不上风扇的速度，物理学上称为采样频率不足。奈奎斯特采样定理表达了这样的观点：采样频率必须高于原始信号最高频率的两倍，才能保证采集到原始信号的完整数据。

还有一个有趣的例子来验证你眼睛的精确帧速率。你让眼睛盯着可以手动调节风扇频率的风扇叶片。随着频率增加，您会看到风扇叶片不动。（第一次见），此时风扇的频率就是你眼睛的帧率。原理很简单，想象一下：如果一根筷子每秒旋转一次，你用相机拍一张照片，你会发现照片中的筷子始终是静止的。

参考：

[1] 陈晓. 人类视觉空间频率属性及其应用研究[D]. 天津大学，2013。

通过正义

QEDQ4 一个体重80公斤的成年人如果想飞上天空，需要多大的翅膀和扑动的频率？

通过飞鼠

回答：

说实话，我以前也做过这样的梦。前段时间，我看到一个团队在2011年制造了一只机械鸟，甚至还出现在TED上。不禁感叹，有了科技的帮助，梦想离现实又近了一步。

来源

扑动翅膀产生升力的过程涉及流体力学中的多种现象。特别是，空气在处理过程中必须被视为不稳定流体。大多数此类系统无法获得解析解，只能进行数值模拟，然后通过实验进行验证。而且，翅膀本身还有很多需要研究的地方，比如翅膀的形状和材料，扑动翅膀的角度范围等等，甚至扑动的动作方式都需要选择。例如，昆虫主要通过拍动翅膀并绕翅膀前缘旋转来飞行[1]，而鸟类则主要依靠内外翼的折叠和展开[2]，从而产生向下的运动。球拍和后摆之间的不对称会产生升力。

鸟类飞行示意图

所以很抱歉，这个问题我无法给出准确的答案。我确实搜索了生物学家 Pennycuick 给出的对 32 种鸟类（质量范围从 20 克到 5 公斤）进行统计回归的经验公式[3]

其中是翅膀扑动频率，是鸟的质量，是重力加速度，是翼展，是翅膀面积，是空气密度。有趣的是，公式右侧的那堆指数在论文中也经过了严格的量纲分析。

拟合结果与实际数据对比| 来源[3]

看起来还蛮合适的。而且，官网[4]上给出了刚才机械鸟的参数，可以认为与经验公式一致。

为了我们用扇动的翅膀载人的梦想，虽然统计范围远远超出了80公斤，但我们大胆推断，这个公式可以承受我们的体重。那么，人体和机翼装置的总质量以及空气密度为。如果你想让你的翅膀更加轻便，那么翼展就是成年人手臂的长度，宽度是从手臂延伸到腰部。这样就可以计算出你拍动翅膀的频率。而如果你想悠闲地扑动，最好使用有翼展和面积的翅膀。

再说一遍，这只是使用经验公式进行的非常幼稚的计算。要真正严格地解决它，需要进行模拟。我期待着有一天我们的技术能够真正创造出这样的翅膀。

参考：

杨文清，宋必峰，宋文平，陈莉莉。仿生微扑翼飞行器气动问题研究进展与挑战[J]. 实验流体力学, 2015, 29(03): 1-10.

黄明阳、肖天航、昂海松。多级柔性变型扑翼飞行器设计[J]. 空气动力学学报, 2016, 31(08): 1838-1844.

彭尼库克，CJ (1990)。预测鸟类的振翅频率和波长。 J.exp。生物。 150、171–185。

聪明的鸟

作者：穆阳

QEDQ5防晒霜的原理是什么？

通过杰瑞

回答：

首先需要明确的是，防晒主要针对阳光中的紫外线（UV）。根据波长从长到短，紫外线分为三个区域：UVA、UVB和UVC。对应的波长范围如图所示。

图1 紫外线按波长划分

其中UVA穿透力强，能深入皮肤造成黑化、老化； UVB能量较高，晴天会造成皮肤灼伤。由于臭氧层的最大吸收波长为255nm，并且对295nm以下波长的紫外线有显着的吸收，因此我们无需担心能量最高的UVC波段。即使是波长稍长的UVB也只能一小部分到达表面，即只有晴天才需要特别注意。

图2 不同处理时间二氧化钛的透射光谱

市场上的防晒霜主要分为两大类：无机分子和有机分子。无核成分的代表是二氧化钛，其作为n型半导体，其带隙宽度约为3.2eV。根据公式：

可用的

正好接近可见光和紫外光的分界阈值400nm。这意味着几乎所有的紫外光都有足够的能量将电子从二氧化钛的价带激发到导带，因此二氧化钛强烈吸收此类光。所有可见光都没有足够的能量，即二氧化钛对可见光是透明的。上面的透射光谱很好地证实了这一点。另外，随着二氧化钛颗粒变小，吸收边将向短波方向移动。同样，还有室温带隙宽度为3.37eV的氧化锌，对应的吸收波长阈值约为370nm。

图3 二苯甲酮紫外线吸收剂分子式| 图片来自[6]

有机分子类型基于不同的原理，主要包括二苯甲酮类、水杨酸酯类、苯并三唑类等。其中，二苯甲酮类的特点是具有羰基和邻位羟基。两者可形成分子内氢键。紫外线可以破坏分子内的氢键，从而被吸收。当分子从激发态回到基态时，它会发出可见光范围内的荧光。如下所示。

图4 紫外吸收光谱（黑色）和荧光发射光谱（彩色）| 图片来自[6]

水杨酸盐也可以形成分子内氢键，具有类似的紫外线吸收机制。

图5 水杨酸盐结构式

苯并三唑类通过羟基与N之间形成分子内氢键来实现类似的机理。常见的包括2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)等。

图6 UV-P结构式

参考：

《柴知道》科普：防晒的原理是什么？防晒？ - YouTube

对臭氧又爱又恨

尹立松，沉晖，张金秀。纳米TiO_2粉体晶体的光学性质研究[J]. 电子学报，2002，30(6)：3。

孙平、熊波、张国庆、朱柏金、丁凤莲。氧化锌纳米晶的光谱分析[J]. 光谱学与光谱分析, 2007, 27(01): 143-146。

紫外线吸收剂的原理、分类及应用

王华，肖Y，谢Z，等。 2-羟基二苯甲酮衍生物：基于可切换分子内氢键和激发能量依赖发射的ESIPT荧光团[J]。化学前沿，2021：806。

水杨酸甲酯

苯并三唑

作者：云凯叶罗

QEDQ6 为什么用吸管喝到最后一口时会发出很大的声音？

通过平衡

回答：

我们回顾一下正常喝饮料的过程：吸管伸到液面以下，从A点吸气，吸管内的气压变低，C点吸管侧面的孔保证了吸管内的气压瓶子里的D是一种气氛。因此，气压差使液体流入吸管。

当饮料足够小时，吸管口不能浸入液体中。此时，A点吸入的气体可以从B点流入吸管进行补充，因此饮料无法通过压力差被吸上来。不过B的气流非常强。假设0.2秒内从A点吸入100mL气体，吸管横截面积为0.5cm^2，则B点气体流速可达10m/s，相当于风速为5级风。该气流足以通过摩擦来搅动剩余的液体。液体的剧烈搅拌会使瓶内D处的气体产生共振并发出声音。

值得注意的是，残留液体的存在很重要。如果将吸管稍微抬离残留液面，即使急促地呼吸也只能听到轻微的气流声。此时气体迅速从C流向D，再从B流入吸管，从A流出，很难引起D中气体的振动和声音。另外，高音啸叫偶尔听到的声音可能是用吸管吸气时嘴唇和吸管之间的小间隙造成的。因为即使吸管被拔掉，嘴唇上留下一个小缝隙吸气也能发出类似的声音。

参考：

为什么用吸管喝完后会发出声音？

风力等级和风速对照表

作者：云凯叶罗

QEDQ7 为什么月亮刚升起时看起来比在天空中升起时看起来更大？

通过鲸鱼座

回答：

你是这个意思？

景山上看远处的月出

你认为你所想的就是你所想的吗？看看下面的经典铁轨错觉图片。

也称为庞佐错觉 | 图片来源网络

是不是感觉上面的黄线更长了？这是因为，当有铁轨作为参考时，我们假设每个枕木的实际长度是相同的，但它们之间的距离导致它们在图片中显示出不同的长度。虽然外侧的两条轨道会相交，但在远近的距离感下，我们会感觉两条轨道其实是等距的平行线。上面的黄线延伸到外轨之外，下面的黄线在外轨内部，所以我们就有了这种错觉。

更直观的是这张视错觉图。两个球的大小实际上是相同的。

来源

好，现在我们来对比一下天空中升起的月亮。最好单击下面的照片以全屏查看。即使没有参照物，有云，有水塔，你认为它们的大小是不同的吗？与地平线附近的月亮相比，你觉得它们的大小关系如何？

注：四张月球照片是用同一台相机，焦距300mm，对焦至无限远拍摄的。进行了一些后期处理，控制照片上月亮的大小和位置保持一致，以测试它们在人们看来是否有不同。大小的感觉。在处理之前的原始照片中，月球的大小几乎相同，一些细微的差异可能来自于不同拍摄日期地球和月球之间距离的差异。关于月亮错觉的成因其实有很多理论，包括大气折射和人眼对焦距离不一致等，但我个人更喜欢光学错觉的解释。

参考：

作者：穆阳

QEDQ8 不同波长的光在水中的速度相同吗？如果不是，那么红外波长（1-15微米）在20°C水中的传播速度是多少？

通过匿名

回答：

不一样，因为光在介质中的传播速度或折射率随波长而变化，这就是光的色散。

也许您已经知道介质的折射率是真空中的光速，是介质的波速。一般来说，我们近似地认为介质的折射率是恒定的，但这并不能解释光的色散现象，我们也将看不到美丽的彩虹。

来源：Pixabay

经典色散理论认为，光与物质之间的相互作用导致色散效应，因为相对介电常数与宏观介质偏振强度和电场强度矢量有关。对于对光透明的介质，其折射率随着波长的增加而减小，称为法向色散；而在介质强烈吸收光的波段，其折射率随波长的增加而增加，称为反常色散。因此，折射率与波长之间的关系不是单调的。

物质在吸收带内具有反常色散，而正常色散存在于吸收带外或两个吸收带之间。正态色散通常使用柯西经验公式来估计：

其中，A、B、C均为经验常数。

反常色散与吸收密切相关，相关公式和模型也比较复杂，不再介绍。