脑洞时刻

01.脚在沙发上摩擦就会觉得很暖和，那南极的企鹅用它的脚在冰面上摩擦也会觉得暖和吗？

脚和沙发在摩擦的过程中，体内的细胞们努力工作使你的腿动起来，并加剧了沙发和脚上的各种分子的热运动，内能增加，表现在皮肤上的感受就是温度升高，因此我们感到温暖。企鹅们用脚摩擦冰面，虽然也会将自己体内的能量转化为热能，导致温度有一定的升高，但在南极这样恶劣的环境下，企鹅们让自己感到温暖可不是靠摩擦冰面。首先，它们最外层的羽毛向外辐射的热量大于其吸收的热量，导致它们身体表面的温度低于环境温度，但企鹅的身体上覆盖的脂肪和羽毛可以减缓从皮肤表面流失热量，保持体温。其次，脚上没有羽毛覆盖的企鹅们进化出了特别的血液循环系统，使得脚部的血液温度较低，从而减小和环境的温差并减少散热，同时还要保证温度始终维持在冰点以上，进而保护自己的脚不被冻伤。

02.我住在几楼蚊子才会少一些呢？真的是越高越好吗？

一到夏天，蚊虫大军就开始蠢蠢欲动了。为了防蚊大家可谓什么招都用了，但蚊子依旧生命力顽强。那么，住高一点蚊子总飞不上去了吧？但事实是，高层住户也依然被蚊虫问题困扰。因为蚊子除了靠自己的力量飞上高层，还会采取一些繁衍策略并借助外力，使自身的生存空间不断扩大。借助风力，蚊子甚至可以飞到几百米的高度，然后在高层繁衍；或者蹭个电梯，走快捷通道到达高层，它们的下一代就可以飞到更高的空间。所以按正常楼层高度来说，即使住顶层也难逃蚊子的摧残。不过，住在高楼层，只要注意保持房间卫生，肯定比周边种满花花草草的低楼层蚊子更少。但是如果小区里种的都是猪笼草之类的食虫植物，那么蚊子随楼层高度分布的情况说不定就会反过来了。

03.灯泡为什么呈梨形？

呈梨形的灯泡一般是传统的钨丝灯泡。这种灯在工作时灯丝温度很高，金属钨会在高温下升华，附着在灯泡内壁上，因此将灯泡做成梨形，并充入少量惰性气体，使升华的钨随着气体对流被卷到上方，附着在灯泡的颈部，便可保持玻璃透明，使灯泡亮度不受太大影响。而且，由于早期玻璃是吹制成的，从工艺上来说，这种形状不仅易于吹制，也比较节省原材料。另外，梨形的表面有一定曲率，可以增加强度，承受较大的压力。

04.为什么人无法穿墙？

在经典物理中，人之所以无法穿墙是因为墙体会给人一个巨大的推力阻碍人的运动。更专业的说法是，墙形成的势垒大于人的动能，因此，人无法穿墙。但是，在量子物理中存在量子隧穿，也就是说，即便是面对高于动能的势垒，一个粒子也有一定的概率穿过势垒而不是像经典情形中那样被完全反弹回来。但这是对单个粒子来说的，人是由超多粒子通过极其复杂的相互作用组成的，我们不能把单粒子情形中的结论直接拿来用，原则上我们也可以通过解薛定谔方程来计算人穿墙的概率，但显然目前还没有人能做到这一点。不过，根据我们的经验，即使能做到人穿墙，概率也是极其小的，毕竟没有人在实验中做到这一点。

05.怎样的房屋结构可以实现“绕梁三日”？或者说“回音”可以维持多久？能否利用回音来长时间储存声音？

“绕梁三日”本意是用来形容音乐高昂激荡，虽过了很长时间，好像仍在回响。从物理上来看，这其实就是产生了回音和混响，其本质都是声音的反射，当然，“三日”在这里有文学夸张的成分。

回音主要是由于发出的声音在遇到障碍物后被反射，且与原声的时间差大于人耳的分辨率（200m/s），按声速为340m/s计算，我们与障碍物的距离至少是34m。除了距离的要求外，对于障碍物的材质和安装方式也有要求，毕竟声音要能反射回来我们才能听到，所以在建筑中如果想要听到回音，建筑物的材质就不能采用吸声系数太高的材料。一般来说，这类材料有几个特点：多孔、表面粗糙、厚度较大、空腔安装等，剧院和大礼堂的墙做成凹凸不平的样子就是为了减少回音的产生。如果需要吸声系数较低的材料，则要求表面光滑、密度高、平齐安装等。另外，产生回音要有足够的声压级差，即某个反射声的声压级必须比其他反射声的声压级大，否则这个反射声将被其他反射声所湮灭，难以分辨。

除了回音，混响也在“余音绕梁”里起到一定的作用。混响是在声源停止发声之后，声音在空间内多次反射形成的。不过这里反射声与原声的时间差比回音要短，所以给我们的感觉不是听到两个声音而是听到尾音拖长的声音，然后再减弱直至消失。在不同的建筑中我们会根据实际需要的不同来选择不同的混响时间。所以用吸声系数低的材料，保证表面光滑、安装整齐且房屋面积足够大就能听到回音了。

声音在不断的反射和传播过程中，声波能量向四周逐渐扩散开来，能量的扩散使得单位面积上所存在的能量减小，导致声音变得微弱；还有反射时反射介质的吸收，传播过程中由于介质中存在颗粒状结构（如液体中的悬浮粒子、气泡，固体中的颗粒状结构、缺陷、掺杂物等）而导致的声波的散射都会使声波衰减甚至消失，所以上述这些因素的综合作用决定了回音维持的时间。根据前面的描述我们也可以知道，利用回音来储存声音其实并不容易，扩散衰减、吸收衰减和散射衰减都对储存声音非常不利，所以利用回音长时间储存声音的想法很好，但是操作起来难度较高。