物理君與薛小貓的生活科學大冒險：從家裡到太空，腦洞大開的226個物理現象與原理

一個人，一隻貓，
一座奇幻物理島，
一堆老師不教、爸媽不會、不問憋得慌的物理問題，
一場奇妙的科學冒險之旅。


深夜做完實驗準備回宿舍的高材生物理君，
突然被一股神秘力量吸進路邊人孔蓋，掉到「悟理島」，
在島上駐守的貓咪薛小貓告訴他，
必須回答多道物理問題，
獲得7種解鎖道具，衝破8個關卡，
才能回到原來的世界。

為了順利回家，物理君使出畢生所學，
帶著薛小貓一路過關斬將，
回答各種家裡、餐桌上、學校、路上、電子產品裡、天氣裡等日常生活中可能遇到的物理問題，包括：

毛巾要用多大的力氣才能擰乾？
牛奶為什麼能解辣？
聲音可以滅火嗎？
飛機的窗戶為什麼是橢圓形的？
為什麼彩虹是彎的不是直的？
為什麼下雨前白雲會變烏雲？

還有一些充滿想像力的奇特問題，例如：
人為什麼無法穿牆？
把地球冷凍一下能緩解溫室效應嗎？
怎麼造一顆恆星？將它放入宇宙會發生什麼事？


跟著物理君與薛小貓漫遊神奇的悟理島，
在充滿知識與趣味的解題過程中，
學習那些日常經常看到、不太知道為什麼、但是又很有趣的物理現象，
探索萬事萬物的奧秘。

【好評推薦】
中科院物理所的「靈魂問答」又來啦！這些提問都來自對世界充滿好奇心的人，其中一定也有你「問在心頭口難開」的問題。跟著「物理君」一起開啟物理冒險之旅吧，你會在其中發現更多萬物的奧秘。
──知識型YouTuber 李永樂老師

中國科學院物理研究所

中國科學院物理所成立於1928年，是以物理學基礎研究與應用基礎研究為主的多學科、綜合性研究機構。
在中國高校及科研院所中，中國科學院物理所是第一批「玩轉科普」的。物理所官方公眾號依託學科優勢，向喜愛科學的廣大讀者推送兼具科學性、趣味性的科普文章。目前，公眾號已有100萬關注量。公眾號內容豐富多彩，活潑有趣，原創內容豐富，包含「問答」、「正經玩」、「線上科學日」等多個欄目。
「問答」是物理所公眾號的王牌專欄。在物理所從事科學研究的一批優秀專業人員通過該欄目與讀者互動，用幽默通俗的語言解答讀者對科學的各種疑問。

前情提要

「唉……今天的光學實驗又廢了！」從M樓出來，物理君習慣性地望瞭望天，獵戶座已經西垂。這已不是物理君第一次這麼晚回去，最近一直都在實驗室熬到深夜兩三點，回到宿舍時室友都已經呼嚕連連了。步入博士最後一年，卻遲遲沒有好的結果，想著早上洗臉又掉下一根長度3.012cm的頭髮，物理君煩躁地把腳邊一顆石子踢進草叢。看著石子以斜角30°、5m/s的初速度飛出去，物理君長籲了一口氣，稍微舒緩了一下煩悶。

「喵嗚―」一聲尖厲中帶著可憐的貓叫打斷了物理君還沒出完的這口氣。「啊，不會踢到貓了吧？」一向愛護花花草草和小動物的物理君連忙循聲走過去，可張望四周卻並沒見到貓的影子，倒是石子落下的位置正好是物理所「網紅人孔蓋」之一的「薛丁格的貓」。

物理君蹲下來打量著這只上半身完整、下半身只剩骨架的貓，一臉疑惑：難道剛才是這隻貓叫的嗎？開玩笑，看來我是太需要睡眠了……
就在將要起身的一刹那，物理君突然感到手腕被什麼抓住，伴隨著一聲頻率為4700Hz的貓叫以及極強的失重感， 物理君眼前一黑，被人孔蓋吸了進去。
微風拂過，幾片落葉掩住了人孔蓋上的貓影，一切陷入了沉寂，唯有微微振動的人孔蓋預示著即將發生的不同尋常的故事。
「喂，你醒醒！你快醒醒！」迷迷糊糊間，物理君感到自己的臉火辣辣地疼，還有一個略顯熟悉的聲音在叫他。
睜開眼睛，物理君發現自己已經身在一個完全陌生的地方。「又是一隻迷途羔羊。」旁邊傳來一聲歎息，物理君卻看不到說話的人。「別找了，我就在你腳邊。」說話的竟然是一隻貓！

「這是哪裡？我死了嗎？為什麼你會說話？」物理君一連三問。貓咪答道：「這個島名叫『悟理島』，以每個人都對物理問題充滿好奇著稱，我是薛小貓，我每年都會遇到一個穿越過來的人。」「等等等等，你的意思是我穿越了？」物理君驚呼道，「可是我的實驗還沒有完成，明天的討論也還沒準備呢，你快幫幫我，怎樣才能回到原來的世界？」薛小貓輕輕擺了擺尾巴：「穿越回去？我可幫不了你，但我知道到這個島上的『悟理學院』去有可能實現這個事。我們去前面的社區打聽打聽怎麼去悟理學院吧。」

前情提要

家裡的物理――布里淵社區
腦洞時刻
解鎖工具：自行車

飲食裡的物理――梅納廣場
腦洞時刻
解鎖工具：汽車

學校裡的物理――悟理學院附中
腦洞時刻
解鎖工具：公車
電子產品裡的物理――010數位城
腦洞時刻
解鎖工具：飛機

光學裡的物理――牛頓光谷
腦洞時刻
解鎖工具：高鐵

天氣裡的物理――可楨氣象館
腦洞時刻
解鎖工具：太空電梯

天文裡的物理――悟理號太空站
腦洞時刻
解鎖工具：太空船

研究所裡的物理――悟理學院
腦洞時刻

尾聲

徹底擰乾毛巾需要多大的力？
很遺憾，毛巾是無法被徹底「擰」乾的。毛巾主要由脫脂純棉製成，主要成分是纖維素，而纖維素中有大量親水性的羥基，水分子會在氫鍵的作用下與纖維素結合形成結合水，同時由於水的表面張力，毛巾中的縫隙也因毛細現象而可以大量儲存水分，這是毛巾吸水的主要原因。將毛巾縫隙中的水分擰出來時，仍然會有部分水分以結合水的形式儲存於毛巾中，可以透過曬太陽去除這一部分水。
如果一定要以手擰的方式盡可能地達到理想的效果，就需要參考1200轉/分的洗衣機脫水功能。假設滾筒半徑0.2m，毛巾平均質量為500g，我們透過「甩」的方式需要維持約1579N的力，利用此力大約可以舉起161kg的物體（接近69kg級抓舉舉重的世界紀錄水準……）。而且，這是「甩」不是「擰」，「甩」的時候，因水分子受到的附著力不足以提供圓周運動的向心力，因而脫離毛巾，「擰」並不會直接作用到水分上，此時水仍可以透過黏滯力吸附在毛巾上，也就是說，即便我們使出了舉重世界紀錄水平的力氣去擰一條毛巾，也不可能把它擰到像洗衣機脫水過的那樣乾。


聲音可以滅火嗎？
聲音可以滅火，但不是所有的聲音都可以。美國喬治梅森大學工程專業的兩名學生發明了手持聲波式滅火器，其原型包括音頻發生器、放大器和一個準直儀。音頻發生器可以產生一些30～60Hz的低頻聲波，放大器將聲波信號放大，準直器將這一部分聲波瞄準火焰方向，可以撲滅一些小型且受控的火災。我們可以從兩個方面考慮聲波式滅火器的工作原理，一是燃燒的條件，二是聲音的本質。
燃燒需要三個條件：可燃物、氧化劑和熱量。聲音的本質是物質振動在空中的傳播，一般的聲音振動很小，但可以透過耳膜的微小振動被人體感知聽到。在滅火中，放大器將聲波的振動幅度加強，準直儀將聲波瞄準燃燒現場，從而使作為振動介質的氧氣分子在特定頻率下短暫地與燃燒物分離；如果燃燒速率不夠大又來不及與下一部分氧氣繼續燃燒，則失去氧氣的補給便可抑制燃燒過程，從而達到滅火的目的。然而，除非可以製造一個超級大的放大器和準直儀，不然聲音滅火還是不適用於大型火災現場。


一隻蚊子飛入一個空瓶而不碰瓶壁，會增加瓶的重量嗎？
雖然瓶體作為一個物體，自身的質量不會因為飛入蚊子而改變，但是如果這個瓶子被放在了一個秤或天平上，那麼這個秤或天平的示數是有可能改變的。
在瓶中的蚊子，為了克服地球的重力，必須扇動翅膀以獲得一個向上的升力。在得到這個升力的同時，它附近的空氣因為被翅膀向下扇動從而有向下流動的趨勢。如果瓶蓋完全蓋上了，那麼流動的空氣持續地撞擊瓶子的底部，相當於給瓶子施加了一個力，使用足夠靈敏的天平或者靈敏的電子秤，其示數就會發生變化。或者換個角度，如果瓶子是密封的，可以把瓶子、瓶內空氣和蚊子看作一個整體，如果蚊子平穩懸空在某一位置，那麼這個系統處於一個平衡態，其總質量應該是瓶子、空氣和蚊子之和，相當於蚊子的「體重」透過瓶內的空氣傳遞給了瓶底。