可以用防弹衣来防止汽车被撞吗？| No.250

收录于话题

#问答

224个

生活中我们都接触过各种非牛顿流体
可以用8个字来简单概括其性质
遇强则强，遇弱则弱
正因为它的这种特性
甚至被用于制作军用液体防弹衣
那可以用在汽车上防撞车吗？

Q1

为什么伤口“吹一吹就不痛”呢？

by 匿名

答：
一般只有皮肤的烫伤、擦伤、割伤等表面伤口引起的疼痛（浅表痛）可以“吹一吹”进行缓解。生理上来说，浅表痛的地方伴随着发热的感觉，吹冷气一方面能起到降温的效果，降低代谢速率，减少及减缓组织胺（传输痛觉的神经递质）的释放，从而减轻痛觉；另一方面冷气与皮肤接触时会产生相应的触觉，并与痛觉争夺有限的神经纤维，也即触觉代替了部分痛觉，所以成人擦破了皮肤也会习惯性自己吹一下。心理上来说，吹气传递着一直安慰和关心，比如妈妈对孩子“吹一吹”的生理影响倒是其次，关注和爱护的作用才最重要，能很大程度减轻感知到的痛觉。
by Alan
Q.E.R.

Q2

用手指按住灯光为什么能看见纯红色的而不能看见骨骼的阴影呢？

by 匿名

答：
当我们把手指挡在手电筒前时这种现象极为明显，因为我们的肌肉中含有较多的肌红蛋白，负责肌肉组织内的氧气存储与运输，与氧结合时呈红色，同时我们的血液中含有大量的红细胞，其中的血红素的颜色也是红色的。白光在穿过我们的手指时并不是直直地穿过去，由于其波长较长，穿透力较弱，会在内部发生各种反射折射，最后进入我们眼中的光是杂乱无章的，并不能精细地反映手指内部的具体结构，我们只能大致看到整体的肌肉呈红色，以及一些比较接近皮肤表面的较粗的静脉血管呈暗红色。对于深埋在肌肉内部的骨头来说，能反映其结构的光早在各种反射折射过程中分散掉了。
所以想要透过普通的灯光看到骨骼结构就太难为自己和灯了。一般我们用来看人体组织器官和骨骼结构的是X射线，X射线波长短，穿透力强，在穿过人体不同组织时，由于各组织密度不同，X射线被吸收的情况不同，因此在探测器或底片上留下了明暗不同的图像，从而反映不同的人体组织情况。另外由于骨头里含钙、磷等物质较多，X射线在照射到骨头上时会使之发出荧光，而我们的肌肉组织则不会，以此也能分辨出骨骼的阴影。
因此，我们用手指按住灯光能看见纯红色是因为我们体内的肌肉和血液基本呈红色，看不见骨骼的阴影则是因为可见光穿透力太弱，各种结构信息在一次次的反射折射中被分散掉了。
参考资料：
为什么打开的手电筒照出来的手是红色的？
为什么透过X光能看到身体里的骨头
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q3

口香糖为什么屡嚼不烂？颗粒状物质是什么？

by 匿名

答：
口香糖的耐嚼和构成口香糖的物质性质相关，口香糖的成分有胶基（25%-35%）、甜味剂（40-50%）、甘油（2-15%）、柔软剂/增塑剂、香料、色素、硬质或粉末状的多元醇涂层等。其中胶基是口香糖具有咀嚼性能的关键原料，胶基主要由聚合物、增塑剂和树脂制成，聚合物是使口香糖具有弹性和粘性的重要原因；增塑剂可以增加柔韧性来软化口香糖，并通过改变玻璃化转变温度来降低脆性；树脂是组成胶基的疏水部分，增强了咀嚼性，主要原因是胶基聚合物疏水，消费者口腔中的唾液会溶解口香糖中的糖和调味剂，而不会溶解胶基本身（我们在咀嚼口香糖时，刚开始会感受到甜，经过一段时间的咀嚼，口香糖变得无味但依旧嚼劲十足）。
来源：维基百科
口香糖中使用的聚合物起初是来自天然热带糖胶树胶及其他相似的乳胶，由于供应不足，现在已经基本被合成物质所取代，如丁苯橡胶、丁基橡胶等（口香糖中确切成分和比例是商业秘密）。
此外口香糖胶基成分与油性表面接触会形成粘结并粘附，长的聚合物会被拉伸而难以直接破裂，生产过程中解决粘性问题，是在工艺结束时对口香糖外部添加粉末或涂层，我们在拿到一块新的口香糖时，不会感受到口香糖胶基的粘性，会发现外面有一层相对硬的壳，同时在拉扯新的口香糖时表面会出现颗粒状物质，他们就是口香糖的涂层。
参考资料：Chewing gum、口香糖
by jita
Q.E.R.

Q4

两个漩涡、螺旋、自旋方向相反的交互会有哪些结果？是叠加还是相消，相消时依据什么样的规则（前面问的是台风互撞，后面问的是螺旋场）？by 369

答：
我想，这个问题可以再推广一点，我们先来讨论讨论旋转这个现象吧。
高速转动的陀螺相当只要还在旋转就可以屹立不倒，转动水杯生成的涡旋长久不散，高速转动的龙卷风和台风可以在大地上飞沙走石疯狂肆虐，月亮绕着地球转却不会落向地球，黑洞周围的吸积盘上的物质抗拒着黑洞的恐怖引力。从电子到星辰，似乎凡是转动着的系统都相对稳定，这贯穿宇宙的神奇规律背后的深层次原因就是——角动量守恒。
旋转着的系统拥有角动量，只要陀螺还有角动量，那它就还会旋转，就不会轻易倒下。角动量只可能在外力力矩的作用下减少，对于陀螺来说，与地面接触点的摩擦力提供了这个力矩。对台风也是如此，旋转着的台风只有通过在大地上肆虐造成破坏，才能一点点消耗掉它的角动量，角动量是把乱流汇聚起来组织起来的力量。没有角动量的台风（有动量的风也很可怕哦），只不过是乱流，很快就会自己耗散掉，完全不足为惧。
那么自旋相反的台风碰撞的结果也就呼之欲出了。两个风暴会相互作用，用自己的角动量去抵消对方的角动量（角动量是有方向的，可以相互抵消）。如果抵消足够彻底的话，大的风暴会很快地吃掉小的风暴（最终剩下的角动量是两个风暴的总角动量），同时自身也实力大减。
by Luna
Q.E.R.

Q5

布朗运动是水分子运动撞击花粉粒子使其运动，那么这一过程是不是将水的内能转化成了花粉的机械能，即这是一种熵减现象呢？by xy

答：
这个问题非常有意思，不过这里需要首先厘清内能的基本概念。所谓内能，实际上是一种混乱的随机的微观粒子所具有的能量。水分子当然是在随机运动的，无时无刻不在随机地撞击着飘在水中的花粉，所以花粉的运动也是随机的，只不过水分子的质量很小，运动状态改变的很快。花粉质量稍大，运动状态改变较慢。这种慢实际上是说花粉的运动状态回归均值的速度稍慢，但是并没有改变自身运动是随机的这一本质。因此这种随机运动的状态，对应的并不是机械能，而是内能。所以水分子随机撞击花粉，只不过是内能在水分子和花粉之间相互转移，即是一种“涨落”，并不能对外做功，自然也不是一种熵减。
by Luna
Q.E.R.

Q6

请问微观粒子的运动能否通过分析其在一定时间或空间内与其它粒子的相互作用来构建一个运动方程？by 匿名

答：
我们确实可以通过分析某个微观粒子在一定时间或空间内与其他粒子的相互作用来构建一个运动方程，不过这个方程并不是我们在经典物理中得到的一个坐标关于时间的函数，而是某个场方程。
我们首先回到经典物理中，看看运动方程是如何被写出来的。一般来说在经典物理中常用的方法有两种，一种是牛顿第二定律，对我们所研究的对象进行受力分析，直接利用便有了运动方程，我们解这个方程可以得到；第二种方法是利用最小作用量原理，具体流程是首先写出研究对象的拉格朗日量，然后利用欧拉-拉格朗日方程,便可以写出系统的运动方程，解方程同样可以得到。我们通常认为第二种方法比第一种更加基本。
现在我们来到微观尺度，在这个尺度上，经典力学失效了，根据不确定性原理我们无法在准确测量粒子位置的同时准确测量其时间，所以这里并不存在某个能够去描述粒子的行为，自然也没有类似经典情形中形如这样的运动方程。那么微观粒子就没有自己的运动方程了吗？并不是这样，尽管我们不能直接利用牛顿第二定律，但更为基本的最小作用量原理仍是有效的。通过结合量子力学和经典场论，把波函数看作四维时空中的场来处理，构建该场的拉格朗日量并同样利用欧拉-拉格朗日方程,我们便可以写出场的运动方程，例如著名的Klein-Gorden方程。所以我们可以通过分析微观粒子在一定时间或空间内与其他粒子的相互作用来构建一个运动方程，不过这个方程的变量是场而非某个坐标。
by 前进四
Q.E.R.

Q7

如果在汽车外壳的夹层中充满非牛顿流体，是不是车永远不会被撞坏？

by 鹿韵晏

答：
非牛顿流体是一种不遵循牛顿粘性定律的流体，可以在力的作用下，流体变得更加液体化或固体化（粘度大小），利用某些非牛顿流体的性质，可以制作液体防弹衣，有很好的抗冲击的效果。在汽车外壳夹层中充满非牛顿流体存在技术上和实用性的难度，现在我们不考虑这些问题，假设可以制造出这种汽车，是否真的适用于汽车安全领域呢？答案是否定的。
图片来源：维基百科
汽车在设计时存在折皱区（吸能区），在碰撞时发生形变，以增加动量变化时力施加在乘员身上的时间，从而减少受到的力，，汽车上的安全带限制了乘员的前冲范围，并吸收乘客的惯性能量，安全气囊也会起到增加乘员减速的时间，由于折皱区的存在，乘员会有更长的减速时间，提高存活的几率。因此，撞不坏的汽车是不利于碰撞中的安全。据研究，汽车碰撞在前碰撞概率为65%，后碰撞的概率为25%，通常汽车在结构上的设计折皱区主要在前部以减少正面碰撞的影响，在其他部分也可以找到。除此之外，汽车还有一些其他的安全设计，使用复合材料或吸能泡沫制作冲击衰减器，小编曾经在电视上看到过汽车前方的一个发明，碰撞时切断钢钉以减少碰撞的动能和提高汽车的减速时间。总之，减速技术由折皱区-安全带 -安全气囊-可变形的内部空间这个系统协同工作，减少汽车在碰撞时乘客受到的冲击力，从而最大程度的保护乘客的生命安全。
参考资料：非牛顿流体、折皱区
by jita
Q.E.R.