用日常的話,
解開日常的「為什麼」
這裡的每一篇文章,都以從未接觸過該現象的人為第一個讀者。專有名詞與算式不放在正文,而是收在文末的摺疊區。
摺疊區裡會標明哪一段屬於國中高中高中+大學的範圍,並另外用研究談「目前仍未釐清的部分」,讓你看見教科書之外仍有世界。
每一篇的摺疊區都放了「用算式確認」。先寫出算式,說明每個符號的意義,再實際代入數字、不省略中間步驟地算一遍。不只是讀,可以動手驗證。遇到無法化為算式的題材,則說明為什麼不能。
文章翻譯完成後才會列出,因此這份清單比日文版短。完整目錄請見日文網站。
有些廣為流傳的說法,一查就站不住腳。以下 26 篇正是從那裡出發。
- 「冷たさの主役は、塩が溶けること」
在冰上灑鹽, 為什麼會比0℃還冷? - 「鏡は左右を逆にする」
鏡子為什麼只把左右反過來, 上下卻不變? - 「お風呂の渦は南半球では逆回り」
浴室的漩渦,在南半球 會反過來轉嗎? - 「翼の上下で空気が同時に着く、というベルヌーイの説明」
飛機為什麼能飛? ― 教科書那套說法,其實是錯的 - 「太陽は燃えている」
星星為什麼能持續發光數十億年? - 「アルミはサビない金属」
鐵為什麼會生鏽? ― 不是鋁不會生鏽,而是它一瞬間就鏽完了 - 「夜に遠くの音が聞こえるのは静かだから」
為什麼夜晚能聽到遠方的聲音? ― 不只是因為安靜 - 「広角レンズが顔を歪ませる」
為什麼照片裡的自己,看起來怪怪的? ― 你熟悉的,其實是左右相反的自己 - 「ジャイロ効果があるから自転車は倒れない」
為什麼腳踏車騎起來不會倒? ― 不是不倒,而是一直在修正 - 「細かく砕ければ自然に還る」
塑膠為什麼不會回歸自然? ― 沒有生物把它當成食物 - 「冷蔵庫の扉を開ければ部屋が冷える」
冰箱為什麼會讓房間變熱? ― 它不是消滅熱,而是把熱搬出去 - 「ホタルの発光効率はほぼ100%」
螢火蟲為什麼發光卻不會發燙? ― 燈泡是「先發熱才能發光」 - 「緑も吸えれば、光合成はもっと効率がよくなるはず」
植物為什麼是綠色的? ― 明明是最多的光,卻不拿來用 - 「冬眠できるのは、脂肪をたくさん蓄えているから」
冬眠的動物,為什麼能好幾個月不吃不喝? ― 不夠的不是脂肪 - 「乗り物に酔うのは、体が弱いから」
為什麼會暈車? ― 眼睛和耳朵深處,正在傳來不同的訊息 - 「筋肉痛は、乳酸がたまるから起こる」
肌肉痠痛,為什麼隔天才出現? ― 「犯人」早就離開現場了 - 「眠りは単なる休息で、脳は何もしていない」
為什麼一定要睡覺? ― 大腦,在睡眠中打掃 - 「引き波を見てから走って逃げれば間に合う」
海嘯和一般的浪有什麼不同? ― 它的速度,不是靠走路就能逃的 - 「星は夜になると出てくる(昼間は消えている)」
為什麼白天看不到星星? ― 星星並沒有消失 - 「古い教会の窓ガラスは何百年もかけてゆっくり流れて下が厚くなった、という説」
玻璃到底是固體,還是液體? ― 「緩慢流動」說,在時間上根本算不出來 - 「発酵と腐敗は科学的にまったく別の現象だという思い込み」
發酵和腐敗有什麼不同? ― 其實是同一種現象,只是人類用不同名字稱呼 - 「シャボン玉の虹色は、空の虹と同じしくみ(光の分散)でできているという思い込み」
肥皂泡為什麼會呈現彩虹色? ― 其實跟彩虹的原理完全不同 - 「夏が暑いのは地球が太陽に近づくからだという思い込み(実際は地軸の傾きが原因)」
為什麼會有季節? ― 原因不是距離,而是「傾角」 - 「流れ星が明るいのは物体そのものが大きいからだという思い込み(実際は速さによる運動エネルギー)」
流星到底有多大? ― 真面目其實只是沙粒大小的碎片 - 「地球の北極は磁石のN極にあたるという思い込み(実際は磁気的にはS極)」
指南針為什麼會指向北方? ― 地球本身,就是一個巨大的磁鐵 - 「ストローは口の力で液体を引っぱり上げているという思い込み(実際は大気圧が押し上げている)」
為什麼用吸管能喝到飲料? ― 在吸的不是你,而是大氣
保命的科學(57)
火山噴發時,石頭為什麼能飛超過1公里遠? ― 大型噴石,是不會被風吹散的「砲彈」
噴發時,為什麼離火山口超過1公里的登山步道也會落下石塊?打出速度變成2倍,落點距離就變成4倍;石塊越大,就越不會被風吹散而是畫出拋射軌跡。用圖解和公式輕鬆說明,並整理在山上保命的行動。
洗手為什麼能預防疾病? ― 最早發現這件事的醫師,卻沒有人相信他
最早用數字證明洗手能預防疾病的人,是1847年維也納的年輕醫師塞麥爾維斯。同一間醫院裡,產婦的死亡率卻相差3倍,他是如何找出這個謎團的?本文也會說明肥皂和流水到底從手上洗去了什麼。
同樣是地震,為什麼隔壁城鎮的搖晃比較大? ― 柔軟的地面,會把搖晃放大
即使震源距離幾乎相同,震度也可能差一級。原因就在腳下地面的軟硬。搖晃從堅硬岩盤進入柔軟地層後,幅度會放大約3倍,還會依地層厚度決定的節奏產生共振。本文也會說明如何調查自家地盤並做好防災準備。
山上滾落的石頭,為什麼小小一顆也很危險? ― 拳頭大小的石頭,撞到頭部也會產生「2噸重」的力道
就算是拳頭大小的石頭,從20公尺高處落下,時速也會超過70公里。撞到頭部時瞬間停止,等於承受了近2噸重的力道。本文解說高度如何轉變成速度、停止距離如何決定力道大小,以及登山時的自保方法。
在火山或溫泉區,為什麼不能走進「凹地」? ― 重的氣體會像水一樣往低處積存
火山或溫泉區的凹地發生倒地事故,是因為二氧化碳與硫化氫比空氣重,會在無風的低處像積水一樣堆積。本文解說氣味消失不代表安全的原因,以及保護自己的3個行動。
防災儲水為什麼是「每人每天3公升」?
防災的基準「飲用水每人每天3公升」。相當於15杯水,真的喝得下那麼多嗎?――其實身體就算什麼都不做,每天也會流失約2.5公升的水。從尿液、呼氣、皮膚等看不見的排出,到平常由飲食默默補上的水分,再到4人家庭3天份的計算,本文說明這個數字背後的…
掉進無底沼澤,真的會整個人沉下去嗎? ― 身體會在腰部附近浮起停住。危險的不是下沉本身
像電影演的那樣整個人沉沒,其實幾乎不會發生。沙和水混在一起後,重量約是人體的2倍,身體會在腰部附近浮起停住。真正危險的不是下沉,而是拔不出來。
為什麼閉氣連1分鐘都撐不住? ― 造成難受的並不是氧氣
閉氣會難受,並不是因為氧氣不夠了。身體真正在監視的,是不斷累積的二氧化碳。這個誤解,在水中會攸關性命。
在山上迷路時,為什麼不能沿著溪谷往下走? ― 河川越往下游,切割峽谷的力量越強
「沿著河水往下走,就會到人住的地方」,這個聽起來很合理的想法,在日本的山裡卻常常適得其反。因為水量越往下游越集中,切割峽谷的力量也越強,前方等著的往往是瀑布或懸崖。相反地,稜線越往上走越會匯聚成一條。從地形形成的原理,來解說迷路時該往哪個方…
AED是用電讓停止的心臟重新跳動的機器嗎? ― 電擊其實是讓顫動的心臟暫時安靜下來
AED的電擊並不是用來讓停止的心臟重新跳動。它是讓亂七八糟顫動的心臟細胞一起重設,為心臟製造一個找回自己節奏的空檔。本文解說每拖一分鐘存活機會就下降多少,以及在場的人能做什麼。
大地震過後,餘震為什麼會持續好幾天? ― 還沒裂開的岩盤,正一點一點找回平衡
大搖晃平息後,小搖晃有時會持續好幾天、甚至好幾週。岩盤並非一次就裂到底,而是把力量推向還沒裂開的地方,從脆弱處開始依序破裂。而餘震次數隨時間減少的方式,其實有規律可循。
暖暖包、熱水袋,為什麼會造成燙傷? ― 就算只有44℃,長時間貼著皮膚也會受傷
就算不覺得燙的暖暖包或熱水袋,長時間貼著皮膚也會造成「低溫燙傷」。本文解說壓迫如何讓血液無法帶走熱量,以及溫度每上升1℃,造成傷害所需的時間就會縮短為原本的一半左右。
「被蜂螫兩次會很危險」, 是真的嗎?
蜂螫真正致命的,不是毒液本身的強度,而是免疫系統把毒液記成「敵人」後所引發的過度反應(過敏性休克)。本文說明「第二次才危險」這個說法的由來、其中潛藏的兩個誤解、蜂類用來呼叫同伴的「化學警報」,以及被螫時真正該做的事。
快熄滅的火「補加」燃料, 為什麼會噴出火柱?
烤肉時火勢變弱,只是想補加一點點著火劑——結果突然噴出火柱。燃燒的不是液體,而是看不見的「蒸氣」,蒸氣會沿著空氣一路傳到你手上的容器。本文說明這種每年夏天都會發生的意外原理,以及最根本的預防知識:不要補加燃料。
為什麼土石流常常在雨停之後才發生? ― 撐住斜坡的,是土粒之間的「互相擠壓」
雨停、天色轉亮之後,山坡有時反而會崩塌。水不只讓土變重,還會鬆開土粒之間的互相擠壓,削弱撐住斜坡的摩擦力。而且水要滲到深處需要時間。所以真正危險的,往往是雨停之後。
用河邊的石頭搭營火灶,為什麼石頭有時會爆裂飛濺? ― 石頭裡的水變成水蒸氣,從內側把石頭撐裂
露營時用河邊的石頭圍成灶台,石頭有時會「啪」一聲裂開,碎片飛濺。原因是石頭縫隙裡滲入的水變成水蒸氣後膨脹約1700倍,加上外側急速受熱在石頭內部產生撕裂的力。本文說明安全選石的方法,以及用熱應力公式做的估算。
打雷時,插頭真的該拔掉嗎? ― 1公里外落雷,電線也會產生數萬伏特
就算雷沒直接打中家裡,為什麼家電還是會壞?長長的電線變成「天線」的電磁感應現象,以及地面電壓瞬間升高的原理,用圖解和簡單計算說明。拔插頭的時機,以及雷聲響起後的注意事項也一併介紹。
一次落雷的能量,能供家裡用電多久? ― 誇張的不是量,而是速度
落雷瞬間的功率高達3兆瓦,超過全國發電廠加起來的力量。但持續時間只有萬分之一秒,能量總量大約只是一般家庭一週的用電量。我們實際計算來確認看看。
洗澡時人會突然倒下的「熱休克」, 為什麼會發生?
冬天在更衣間或浴室裡突然倒下的情況,是因為血管隨溫度收縮或擴張,讓血壓在短時間內劇烈起伏所造成的。本文不需要任何先備知識,用生活中的比喻來說明原因。
行動電源為什麼有時候會 起火?
智慧型手機或行動電源,為什麼偶爾會冒煙甚至起火?本文用生活化的比喻,說明電池內部一層薄薄的「隔膜」破損後,如何引發「停不下來的發熱」,不需要任何預備知識就能讀懂。
液化現象是為什麼 地面會變得像「水」一樣?
地震後地面湧出水和沙,建築物傾斜下沉的「液化現象」。支撐地盤的原來是砂粒之間互相推擠的力量。本文用實際數值驗證這個機制。
火災時為什麼要壓低姿勢逃生? ― 煙不到1秒就衝上天花板,由上往下把房間填滿
火災時常被教導「壓低姿勢逃生」。因為煙又熱又輕,不到1秒就會衝上天花板,接著由上往下把房間填滿。只有靠近地板的地方,會暫時留下一層空氣。我們用物理算式來確認這一點。
用濕的手碰插座, 為什麼那麼危險?
同樣是100伏特的插座,只要手是濕的,觸電的危險就會大不相同。原因在於皮膚的電阻會下降,導致流過身體的電流大幅增加。本文用實際數字來確認這個機制。
停在陽光下的車內,為什麼會比外面熱上20度以上? ― 只把車窗開一點縫,根本追不上熱度
玻璃讓太陽光穿過,卻擋住了溫熱物體發出的熱輻射。於是車內只進不出,即使外面氣溫30度,車內也可能超過50度。窗戶開一點縫效果不彰,也是同一個原理造成的。
高山症為什麼 只是爬高就會發作?
高山症不是因為空氣的「量」變少,而是空氣的「濃度」變稀薄所引起的。透過實際數值,確認標高與氣壓、氧氣之間的關係。
風速每秒40公尺的風, 到底有多強?
颱風新聞常說「最大瞬間風速50公尺」。光看數字很難有感覺,但風的力量是隨風速的平方增加,風速變成2倍,力量就變成4倍。本文用「相當於成人體重的力道」和「飛來物變凶器」的例子,不需要任何預備知識就能說明其中原理與居家防範方法。
被水母螫傷後, 為什麼不能用清水沖洗?
被水母螫傷後,用清水沖洗患部有時反而會讓症狀惡化。這是因為刺絲胞這種毒針發射裝置,會因水的濃度差再次受到刺激而發射。本文用數字來驗證這個機制。
海嘯和一般的浪有什麼不同? ― 它的速度,不是靠走路就能逃的
海嘯不是只有水面在動,而是從海面到海底的整根水柱一起移動。它的速度只取決於水深:在外海堪比噴射客機,靠近岸邊也比全力衝刺更快。
山上的天氣,為什麼說變就變? ― 山本身,就是一道會製造雲的斜坡
山腳下明明晴空萬里,山上卻可能突然烏雲密布、下起雨來。山其實是一道強迫濕空氣上升的斜坡,上升的空氣會膨脹、降溫,水蒸氣因此凝結成小水滴。再加上陽光加熱山坡後會從山谷把風往上吸,所以愈到下午,雲愈容易冒出來。
森林火災為什麼會 蔓延得那麼快?
森林火災之所以蔓延得快,是因為火焰的熱會先把尚未燃燒的植物「烤乾」,加上飛散的火星會在遠處製造新的火源。本文用實際數字來驗證這個機制。
鳥為什麼停在電線上 不會觸電?
鳥明明碰著電線,為什麼不會觸電呢?答案在於「電壓的差」。我們用實際數字來確認,鳥的兩腳之間幾乎不會產生電壓差的原理。
烤營火時,為什麼只有臉發燙, 背卻還是冷的?
秋天的營火與篝火晚會。明明前面很熱,背後卻是冷的,這是為什麼?從熱的傳遞方式(輻射與對流)來解說。退一步,熱量就會變成四分之一的原因也一併說明。
中暑為什麼會危及性命? ― 身體被自己的熱度加速
濕度高時,汗水無法蒸發,也就無法為身體降溫。而體溫越高,體內的反應就越快,又會產生更多熱,陷入惡性循環。這正好與冬眠的機制相反。
日食不能用肉眼直視,為什麼? ― 太陽即使缺了九成,剩下的光強度並沒有改變
日食時太陽幾乎全被遮住,為什麼用肉眼看還是會傷眼?本文用圖解與計算說明:眼睛的水晶體會把太陽光集中在視網膜上的一個小點,太陽被遮住後剩下部分的亮度並不會變弱,而視網膜又沒有痛覺神經。
在濃霧中開車, 為什麼那麼危險?
在濃霧中,車子能停下來的距離,有時會比能看見的距離還長。透過光的散射,以及隨速度平方增加的煞車距離,用實際數字來確認這個現象。
一氧化碳為什麼 最可怕的地方在於「無法察覺」?
無色、無臭、無味,也不會讓人感到呼吸困難。一氧化碳無法靠人類的感官察覺,而且會先奪走你「該逃」的判斷力。本文用不需要先備知識的方式,說明它如何奪走血液中搬運氧氣的角色。
火山為什麼會噴發? ― 就像打開碳酸飲料的蓋子一樣
火山噴發不是「熱能把東西噴出來」的現象,而是壓力下降,原本溶解的氣體變成氣泡的現象。從零基礎開始,用打開碳酸飲料蓋子的原理來解釋。
明明是晴天, 河水為什麼會突然暴漲?
頭上是藍天,河水卻在幾分鐘內從膝蓋淹到腰部――河水漲起來,靠的不是「當地的雨」,而是「上游全部的雨」匯集而來。本文用漏斗般的匯水機制、暴漲的前兆,以及避免受困於河中沙洲的知識,不需要任何先備知識即可理解。
磯釣高手為什麼下竿前要先看海一陣子? ― 大浪總是幾道一組「成群」而來
海浪並不是每道都一樣高。週期稍有不同的湧浪疊加起來,會反覆出現幾道大浪成群而來的「波群」,以及之間的平靜時段。而且,看得越久,就越可能遇到更大的浪。本文用波的疊加與機率,說明釣客與衝浪者憑經驗知道的這件事。
在海裡「一回神就被沖到外海」, 為什麼會發生?
海水浴發生沖到外海事故的多數原因,被認為是離岸流。海浪帶來的水要回到海裡的「出口」為何會形成、為何游不回岸邊,本文用不需要任何背景知識就能讀懂的方式說明。
失溫症,為什麼 在「不算太冷的日子」也會發生?
失溫症並非只在零度以下才會發生。真正讓身體變冷的敵人,並非氣溫本身,而是「水」與「風」。本文用實際數值來比較熱的傳導方式。
濕落葉為什麼那麼滑? ― 葉子會變成一座「不讓水逃走的溜滑梯」
秋天下雨後,人和腳踏車都很容易在濕落葉上打滑。原因在於葉子表面的蠟質會把水彈開、留下一層薄薄的水膜,加上葉子層層堆疊、層與層之間會錯開滑動。本文用圖解和計算來說明。
秋天一到,為什麼熊會跑到人類居住的地方? ― 橡實歉收,往往整座山同時發生
有些年秋天熊出現的次數會突然增加,是因為準備冬眠的熊每天需要吃掉數百顆橡實,而山毛櫸和橡樹的果實卻會在廣大範圍內一起歉收。本文說明其中的機制,以及如何避免遇到熊、遇到時該怎麼做。
加油前先摸金屬,為什麼? ― 感覺不到的靜電,也能點燃火焰
點燃汽油蒸氣所需的能量,不到人感覺到痛的靜電的三分之一。從零基礎開始,用計算說明為什麼感覺不到卻會點火。
龍捲風為什麼能掀起那麼強的風? ― 積雨雲裡的寬廣渦旋,如何被拉細而越轉越快
積雨雲裡的渦旋寬達數公里,轉得很緩慢。當它向下延伸到地面成為龍捲風,風速可能成為地球上最快的風之一。本文用計算驗證渦旋被拉細後轉速變快的「角動量守恆」原理。
割傷是怎麼癒合的? ― 結痂並不是在治療
結痂只是暫時的蓋子,真正在修復的是它底下的細胞。止血、清理、重建、修整這四道工程,身體會依固定順序進行。
放大鏡為什麼能 把紙燒起來?
用放大鏡聚集陽光,紙有時會燒起來。原因在於鏡片把光集中到一點,面積變小的同時,強度也跟著大幅上升。圓形玻璃球為何也會發生同樣的事,本文用數字來驗證。
雪崩為什麼會在看似平緩的 斜坡上突然發生?
多數雪崩據信是因為雪層中隱藏的「弱層」(容易崩壞的脆弱層)破裂而引發。本文用角度與力的分解、雪崩速度等實際數值來驗證。
洗潔劑的「禁止混用」警告, 混用後到底會發生什麼事?
含氯漂白劑與酸性清潔劑一旦相遇,當場就會產生氯氣。這篇文章用不需要任何預備知識的方式,說明這種比空氣重的氣體如何堆積在浴室地板,以及為什麼即使不是「刻意混用」也會發生意外。
地震的「喀喀」聲,為什麼會比 「搖搖晃晃」先來?
地底下同時出發兩種波,速度快的先到。這幾秒的時間差,讓「緊急地震速報」得以成立,同樣的性質也讓我們得知地球內部是液態的。
颱風來襲時, 海平面為什麼會隆起?
颱風接近時,即使沒有特別的前兆,海平面也可能隆起,導致沿岸淹水。這種現象稱為「暴潮」,本文從氣壓和風這兩個機制出發,用實際數字驗證其原理。
沒有風,為什麼會突然來一道高浪? ― 遠方暴風產生的「湧浪」已經傳到這裡
在晴朗無風的海岸,有時會突然湧來一道大浪。這道浪,其實是幾百公里外的暴風海域所產生的「湧浪」。本文用圖解淺顯說明浪的形成原理、只有長浪才能傳到遠方的原因,以及在海邊保護自己的方法。
河裡泛白起泡的地方, 為什麼不能靠近?
河川落差下方那片泛白起泡的地方,被稱為「溺人機器」。為什麼人會沉下去、為什麼逃不出來?本文用生活中的比喻說明,不需要任何先備知識就能讀懂。
天婦羅油起火時澆水, 為什麼會噴出直達天花板的火柱?
在燃燒的天婦羅油裡倒入一杯水,有時會噴出直達天花板的火柱。這個現象只需一個數字就能解釋:水一瞬間會膨脹成1700倍的體積。
結凍的池塘或湖泊,冰要多厚才能站人? ― 厚度變成2倍,能承受的重量就變成4倍
結凍的池塘冰面能不能站人,取決於厚度的平方。不過發白混濁的冰、積了雪的冰,以及有水流入的地方,就算厚度相同也會弱上許多。本文整理冰面破裂落水時的動作方式,以及發現落水者時該怎麼幫忙。
夏天的池塘變得像綠色油漆一樣,摸了會有事嗎? ― 綠色被風吹到下風岸邊的那天,最危險
夏末到秋天,池塘和湖泊常被綠色的「水華」覆蓋。它的真面目是會自己浮上水面的藍藻。被風吹到下風岸邊時,濃度可能暴增數十倍,有些種類還帶有肝臟毒素。這篇文章淺顯解說為什麼狗會先出事,以及該保持多遠的距離。
打雷時,為什麼不能躲在 樹下?
以為能躲雨而走進的樹下,在打雷的日子裡其實是最危險的地方之一。本文用不需要任何背景知識的方式,說明雷電從樹幹「側向飛向人」的側擊現象,以及電流在地面擴散的原理。
日常的奇妙(214)
白紙為什麼在昏暗房間裡也看起來是白的? ― 日光下的炭,比月光下的紙亮上好幾萬倍,卻看起來是黑色
日光下的炭,送進眼裡的光比月光下的白紙強上好幾萬倍。可是紙依然是白的,炭依然是黑的。眼睛和大腦看的不是「光量」,而是「與周圍的比值」。本文解說這種明暗恒常性的原理。
從海水做鹽,需要多少海水? ― 1公斤鹽要用掉3桶水。真正辛苦的是把水蒸發掉的熱
做1公斤鹽,大約需要30公升海水。真正辛苦的不是量,而是要把將近29公斤的水變成水蒸氣蒸發掉的熱。來看看鹽田為什麼要先靠太陽和風把海水濃縮。
人的眼睛,為什麼看不見紫外線? ― 視網膜明明感覺得到,卻被前方的水晶體吸收了
蜜蜂和馴鹿都能看見的紫外線,為什麼人類看不見?原因不在視網膜,而是前方的水晶體把紫外線吸收掉了。曾有摘除水晶體的人,據報告能看見部分紫外線。
植物的根為什麼往下、芽為什麼往上長? ― 就算把種子倒著種,也會好好長大
就算把種子倒著種下去,根還是會往下長,芽也還是會往上長。植物用來分辨上下的線索,是細胞裡會往下沉的重顆粒。沉下去那一側聚集的生長物質,在根和芽裡發揮相反的作用,本文用圖解說明這套機制。
空氣為什麼看不見? ― 不是看不見,只是沒有「界線」
空氣明明就在那裡,為什麼看不見呢?理由有兩個:不吸收看得見的光,以及空氣之間沒有光線反射的「界線」。不過,只要疊到幾十公里厚,空氣也會呈現藍色。
新米為什麼要減少加水量來煮? ― 水的差距只有1小匙,真正不同的是米粒的「年輕程度」
用計算來確認「新米要減少加水」的理由。新米和舊米的水分差,1杯米也只有約4克。真正的差別,是米粒經過1年會「變硬」。
晴天澆水,水滴會變成透鏡把葉子燒焦嗎? ― 一般的葉子,光線聚焦點在葉子下方很深的地方
「大白天澆水,水滴會變成放大鏡把葉子燒焦」這個說法,用光的折射來驗證。一般的葉子,光線聚焦點在葉子下方很深的地方,表面亮度連日照的2倍都不到。真正會燒焦的,是因為毛而讓水滴浮起來的特殊葉子。
空氣有重量嗎?房間裡的空氣有幾公斤? ― 6疊房間的空氣,大約28公斤。相當於一個國小三年級孩子的重量
空氣每公升大約1.2公克。看起來很輕,但6疊(約2.5坪)房間裡的空氣約有28公斤,教室裡則高達230公斤。明明這麼重,為什麼我們感覺不到?本文連同頭頂上約10噸的空氣一起,用計算來確認原因。
對鏡而立,鏡中深處為什麼會漸漸變暗、泛綠? ― 鏡子每反射一次,就會損失約一成的光
兩面鏡子相對而立,形成的隧道愈往深處愈暗,也帶點綠色。原因在於鏡子每反射一次都會損失約一成的光,加上鏡面玻璃會多吸收一點紅光和藍光。本文用動態圖和算式,確認亮度要到第幾次反射才會降到原來的十分之一。
樹木的年輪,為什麼一年只長一圈? ― 造成顏色差異的,是細胞壁的厚度
樹樁上排列的明亮環與暗沉環。數一數就能知道樹齡,這是為什麼呢?造成顏色差異的不是顏料,而是細胞壁的厚度。
看著藍天時,眼前為什麼會浮現像線頭一樣的影子? ― 你看到的,是眼睛裡的凝膠落在視網膜上的「影子」
看著藍天或白牆時,眼前飄著一絲絲的線頭或小圈圈。那其實是眼睛裡凝膠狀物質的混濁,落在視網膜上的影子。為什麼只有在明亮的地方才看得清楚?我們用瞳孔大小和影子模糊程度的公式來確認。也會談到突然增多時該注意的事。
剛釣上來的魚,為什麼馬上放血才好吃? ― 掙扎越久,魚肉的「燃料」就耗盡得越多
漁夫和釣客,釣到魚後會馬上「放血處理」。因為讓魚拚命掙扎,會把維持魚肉柔軟的「燃料」和鮮味的來源都耗盡。本文解說魚死後肌肉中發生的化學變化,以及用數字衡量新鮮度的「K值」。
釣客為什麼要戴偏光太陽眼鏡? ― 水面的刺眼反光其實是「橫向排列的光」
釣客戴上偏光太陽眼鏡後,水面的反光會消失,水中的魚也看得見了。水面反射的光,振動方向會偏向橫向排列,只讓縱向振動通過的鏡片就能把它擋住。本文也會計算出反光偏振程度最強的角度(水面算起約37度)。
耳屎不用清,也會自己跑出來嗎? ― 耳道的皮膚,是一條緩緩往外移動的「步道」
耳道的皮膚,從鼓膜往入口方向,每天會移動約0.05毫米。耳屎就是搭著這條「移動步道」,自然被運到外面。本文也會解釋,為什麼用棉花棒往裡推,反而更容易造成阻塞。
在泳池睜開眼睛會模糊,為什麼魚卻看得清楚? ― 人的眼睛,要有空氣才能對焦
在水中睜開眼睛,為什麼景色會變得模糊呢?其實負責大部分對焦工作的,是空氣與角膜之間的交界面。本文將這一點,和一開始就不依賴這個交界面的魚眼做對比說明。
水龍頭的水,為什麼往下流會變細? ― 水並沒有減少,只是變急了
從水龍頭細細流出的水,落得愈低愈細,最後會分成一顆顆水珠。靠「連續方程式」說明速度變快時水柱會變細,再用表面張力解釋水柱為何會收縮成珠,用家中水槽就能驗證。
關掉電燈之後,房間裡的光跑去哪裡了? ― 光沒有消失,而是被牆壁吸收變成了熱
開關一按,房間裡的光瞬間就消失了嗎?其實光並沒有憑空消失,而是每次撞到牆壁,就一點一點變成了熱。整個過程只花了一億分之一秒左右。
蠟燭的火焰,為什麼總是往上伸? ― 沒有朝下燃燒的火焰,是因為火焰是「輕氣體」
把蠟燭傾斜,或是把火柴朝下,火焰仍然朝上。火焰其實是「發光的熱氣體」,熱氣體只有周圍空氣五分之一左右的重量。在沒有重量的太空中,火焰會變成圓形。
燙衣服為什麼能把皺褶燙平? ― 蒸氣先鬆開纖維裡的「手牽手」,乾燥時再以平整的形狀重新牽手
燙衣服能把皺褶燙平,不是靠熱把布壓平而已。蒸氣中的水會先把纖維裡的「手牽手」鬆開,等乾了以後再以平整的形狀重新牽手。還會介紹棉、羊毛、聚酯纖維的差異,以及燙一件襯衫要花多少時間的計算。
蘑菇為什麼在雨後突然冒出來? ― 一夜長大不是因為細胞增加
雨後的早晨,昨天還空無一物的地方冒出了蘑菇。它的本體整年都藏在地底下,露出地面的部分只是「吸了水而脹大」而已。透過雨量的計算,來確認一夜長大的原理。
化學調味料(鮮味調味料)對身體不好,是真的嗎? ― 成分其實和番茄、昆布一樣是麩胺酸
「化學調味料對身體不好」的說法,源自1968年的一封投書。其成分麩胺酸,昆布、番茄、起司、母乳裡都有,身體無法分辨來源。盲測實驗並未重現症狀,鈉含量約為食鹽的三分之一。我們用計算來確認。
肚子為什麼會「咕嚕」叫? ― 空腹時的胃腸,大約每100分鐘就會「大掃除」一次
肚子餓的時候會叫,是因為胃腸每隔約100分鐘就會進行一次「大掃除」式的強力收縮,把空空的腸胃裡的空氣和液體擠出去。本文解說吃東西後為何會停止,以及晚上睡覺時究竟發生了幾次。
插進水裡的吸管,為什麼看起來斷了? ― 光線在離開水面的地方改變了方向
杯子裡插著吸管,為什麼在水面處會看起來像折斷了一樣?本文從兩點來說明:光從水進入空氣時會改變前進方向,以及眼睛和大腦會誤以為「光是直線傳來的」。也會提到泳池底部看起來較淺的原因。
為什麼鼻子只有一邊塞住? ― 左右兩側的鼻子,每隔幾小時就會輪流休息
明明沒感冒,卻只有一邊鼻子塞住,這其實是很多人身上都會發生的「鼻週期」,是正常的生理現象。本文用動態圖與公式,解說鼻腔深處黏膜為何會左右輪流腫脹,以及只要稍微腫脹一點,空氣就變得難以通過的「4次方法則」。
煎牛排後,為什麼要「靜置」? ― 就算關火,中心的溫度仍在持續上升
廚師煎好肉後,為什麼不馬上切,而要先「靜置」幾分鐘?其實離火之後,肉外層累積的熱還會持續流向中心,中心溫度會在幾分鐘內繼續上升。本文用動態圖表與計算,說明熱如何傳遞,以及肉汁為何比較不容易流失。
冷凍庫裡的冰塊放進飲料裡,為什麼會啪啦啪啦地裂開? ― 冰塊只要幾℃的溫差,就會把自己撕裂
從冷凍庫拿出來的冰塊放進果汁裡,為什麼會發出啪啦聲、裂出裂痕?答案就在於「外側突然變熱膨脹」和「冰塊很不耐拉伸」這兩點。我們用計算來說明這個常見卻容易被忽略的冰裂現象。
蜂巢為什麼 是六角形?
蜜蜂巢的每個小房間,排列著驚人精準的六角形。不是圓形也不是方形,為什麼偏偏是六角形?本文用「用最少材料蓋出同樣大小的房間」這個數學上的答案,以及「蜜蜂真的是在設計六角形嗎」這個意外的爭論,以零基礎的方式為你解說。
腳氣病為什麼會因為吃白米飯而發生? ― 找出原因的,是軍艦和小雞
明治時代的日本,腳氣病每年奪走許多人的性命。原因不是白米裡有「毒」,而是精米過程中被丟棄的米糠裡,一種極少量的成分不夠。本文追溯三項發現:軍艦的航海實驗、對小雞的觀察,以及從米糠中萃取成分,並用算式驗證這份「不足」。
鍋子蓋上蓋子,為什麼水會更快煮開? ― 原來是水蒸氣把熱量帶走了
鍋子蓋上蓋子後水會更快煮開,是因為蓋子擋住了帶著熱量逃走的水蒸氣。讓1克水蒸發所需的熱量,大約是把同樣1克水從20℃加熱到沸騰所需熱量的6.7倍。而且水越熱,水蒸氣逃走的速度就增加得越快。
把全身的DNA連起來,會有多長? ― 超過太陽距離的40倍以上。不過「幾百個來回」是算過頭了
一個細胞裡的DNA拉直約有2公尺。把全身的DNA連起來,長度超過地球到太陽距離的40倍。不過常聽到的「可以往返太陽好幾百次」,其實是把沒有DNA的紅血球也算進去的結果。本文帶你自己算一遍數字,並解釋2公尺長的DNA如何塞進微小的細胞核。
從明亮的地方走進暗房, 為什麼會暫時什麼都看不見?
走進電影院或夜晚的房間,一開始一片漆黑,卻漸漸能看清東西。這是因為眼睛裡「負責明處」的細胞交棒給「負責暗處」的細胞,重新合成被光分解的色素需要約30分鐘。本文也會說明紅光為何能保護已適應黑暗的眼睛。
走路時,月亮為什麼一直跟著我們? ― 東西越遠,看見的方向就越不會改變
走夜路的時候,月亮看起來總是跟著我們,這是為什麼?本文用計算與互動圖解釋「視差」的原理──物體越遠,看見的方向越不會改變,以及大腦為何會把這個訊號解讀錯誤。文末還會談到這和視野良好的十字路口車禍之間意外的關聯。
拋棄式暖暖包,為什麼打開包裝就會變熱? ― 包裝裡,鐵粉正在急速生鏽
拋棄式暖暖包裡裝的是鐵粉。打開包裝後,鐵粉和空氣中的氧氣急速生鏽,生鏽時產生的熱讓暖暖包變熱。鐵釘生鏽卻不會發熱,為什麼暖暖包會溫暖?本文用圖解和計算,說明粉末的細密度與包裝上小孔的作用。
飛機往東飛為什麼比較快? ― 最早發現高空「風之河」的,是筑波的氣象台長
從日本飛往美國的班機,會比回程快上一兩個小時。原因是高空由西向東吹的強風――噴射氣流。100年前,一位日本人每天放出氣球,最早記錄下這股風,本文連同他的故事,用算式驗證去程與回程的時間差。
手指喀一聲折響時,響的是什麼? ― 不是骨頭,是關節裡的液體中誕生了「氣泡空腔」的聲音
折手指時發出的喀聲,響的並不是骨頭。是關節裡的液體被拉伸,壓力驟然下降,原本溶在液體裡的氣體瞬間形成空腔的現象。本文也解說為什麼沒辦法馬上折第二次,以及「關節會變粗」的說法是真是假。
最低溫度是零下273℃,這是怎麼知道的? ― 在誰都還無法降到那麼低的時代,就從空氣收縮的方式算出來了
在誰都還沒能把溫度降到那麼低的時代,為什麼就能知道「不會有比這更冷的溫度」?本文透過會動的圖與公式,追溯測量空氣收縮方式的查爾斯、給呂薩克,以及重新思考溫度意義的凱文的故事。
橡皮擦為什麼能擦掉鉛筆字? ― 橡皮擦是靠削掉自己,把字包走的
橡皮擦能擦掉鉛筆字,是因為鉛筆的粉末只是浮在紙面上而已。橡皮擦把那些粉末黏住,連自己的表面一起削落,變成「擦屑」帶走。本文也解說原子筆為什麼擦不掉,以及橡皮擦為什麼會黏在塑膠鉛筆盒上。
蜜蜂為什麼能用8字舞告訴同伴花在哪裡? ― 把太陽的角度轉換成身體方向的機制
發現花的蜜蜂會在漆黑的蜂巢裡跳出8字形的舞蹈。本文說明蜜蜂如何把太陽與花的夾角,轉換成在巢中的身體朝向來傳達訊息,以及舞蹈長度代表距離的關係,並用計算來驗證。
在熱水裡加鹽,真的會比較快煮滾嗎? ― 沸點其實會上升約0.2℃
煮義大利麵時,常聽說加鹽會讓水比較快滾。其實正好相反,沸點會上升約0.2℃,鹽溶解時水還會稍微變冷一點。加鹽那一瞬間「唰」一聲冒泡的真相,以及用算式確認的真實差距,本文為你解說。
喝冰水真的會瘦嗎? ― 身體加熱水所需的熱量,只等於10克白飯
「喝冷水時,身體要消耗卡路里來加熱,所以會變瘦」這個說法,我們實際計算來驗證看看。將500毫升冷水加熱到體溫所需的熱量,約為16大卡。而且身體不一定要燃燒額外燃料來產生這份熱。
薄荷明明不冷,為什麼會涼颼颼? ― 是分子直接按下了皮膚的「冷覺感應器」
嚼薄荷口香糖時,口中會感覺變涼,但溫度其實一度也沒下降。本文用淺顯的說法,解釋皮膚的「冷覺感應器」,以及直接按下這個開關的薄荷腦分子機制。
樹蔭下的光斑, 為什麼全部都是圓的?
行道樹下的地面上,樹蔭間灑落的光斑,明明葉子的縫隙形狀凌亂,光斑卻個個渾圓。其實那個圓,就是「太陽的形狀」本身。從小孔變成投影機的針孔成像現象,到日偏食那天所有光斑都變成新月形的鐵證,再到用光斑反推樹枝高度的計算,本文一次介紹。
轉圈圈之後,停下來為什麼還會頭暈? ― 耳朵深處的液體,還沒停下來,一直在推著「小蓋子」
坐旋轉椅轉一轉,停下來後明明人已經靜止,房間卻還在打轉,這是為什麼?耳朵深處細管裡的液體來不及停下、持續推著小小的膜片,加上轉動時身體早已「習慣」了這種轉動,本文用動態圖與公式解說這背後的機制。
漆器為什麼要在濕氣重的地方才會乾? ― 漆不是「乾掉」,而是在水中「變硬」的塗料
漆匠會把塗好的器具放進濕度很高的「漆室」裡乾燥。漆並不是靠水分蒸發變乾,而是靠酵素和氧氣讓分子連結起來才會變硬。本文用圖解和計算說明這種離不開水才能作用的酵素機制。
下雨前,為什麼頭和舊傷會痛? ― 身體正感受到相當於爬上數十層大樓的氣壓變化
下雨或颱風前出現的頭痛、舊傷痛,這種「天氣痛」是心理作用嗎?低氣壓下降的氣壓相當於爬了幾層樓高、耳內感測器與自律神經加強痛感的假說,以及目前仍未解開的謎,都用動態圖和計算來解說。
肥皂泡用四角形的框吹,為什麼還是圓的? ― 膜收縮的力,和內部空氣推擠的力。能平衡的形狀只有球體
不管用星形還是四角形的框來吹,肥皂泡最後一定會變圓。原因在於一直想收縮的膜,以及往任何方向都以相同力道推擠的內部空氣。能讓這兩者處處平衡的形狀,只有球體。泡泡越小、內部空氣推擠得越強這個意外的性質,也會用計算來確認。
烤桑拿明明有90℃,為什麼卻不會燙傷? ― 同樣溫度的熱水,熱量傳遞速度快了50倍
90℃的熱水連碰一下都不行,為什麼90℃的烤桑拿卻能待上10分鐘?原因在於:空氣傳遞熱量非常不擅長、加上汗水蒸發會帶走熱量。本文用計算說明這個生活中的極端高溫現象。
木板為什麼總是朝固定方向翹曲? ― 木工師傅只看切口的年輪,就能說中答案
砧板或層板隨著時間,總是朝同一個方向翹曲。木工師傅只要看板材切口的年輪,就能說出它會往哪個方向翹。這是因為木材收縮量會依方向不同而差2倍,翹曲的高度甚至可以用計算求出。
螞蟻的隊伍,為什麼不會迷路、還能排成一列? ― 氣味的「香味路標」形成的一條路
一般認為,螞蟻會在走過的路上留下名為費洛蒙的氣味物質。路越短,來回越快,氣味就越能保持濃郁,也就越多螞蟻會選擇它。這種「正回饋」的機制,我們用計算來驗證。
喝牛奶為什麼肚子會咕嚕咕嚕叫? ― 分解乳糖的酵素,長大後反而減少的人比較多
喝牛奶會脹氣、咕嚕咕嚕叫,是因為分解乳糖的酵素「乳糖酶」在長大後會減少。沒被分解的乳糖在大腸裡吸引水分,細菌又會產生氣體,本文用淺顯易懂的方式說明這個機制,以及無負擔飲用牛奶的訣竅。
球為什麼每次彈起都變低? ― 不是消失了,而是一點一點變成熱和聲音
淺顯解說掉落的球為什麼每次彈起都變低、咚咚咚地愈彈愈快最後停下來的原因。球每次壓扁再恢復原形,都會把一部分的運動轉換成熱和聲音釋放出去。利用桌球和網球正式規則的數值,計算高度減少的方式與停止所需的時間。
明明重量相同,為什麼小的感覺比較重? ― 大腦在拿起東西之前,就已經預測好重量了
1公斤的大箱子和1公斤的小箱子。放在秤上明明一樣重,拿起來卻是小的感覺重得多。不知道寶特瓶是空的就伸手去拿,手臂會突然彈起,也是同樣的機制。重量的感覺,靠的不是秤,而是「和預測的落差」。
陰天也會曬傷, 為什麼?
明明陰天又涼爽,晚上皮膚卻曬得通紅——造成曬傷的紫外線,跟看得見的光是兩回事,它能穿透大部分的雲層,還會從整片天空灑下來。這篇文章不需要任何先備知識,就能說明「熱」和「紫外線」為何是不同的東西。
水手為什麼只把繩子繞柱子幾圈,就能停住一艘大船? ― 每繞一圈,手上的力就會用「乘法」放大
港口的水手只把繩子繞在柱子上2〜3圈,就能壓住比手上力氣大幾百倍的力量。秘密在於摩擦力不是「加法」而是「乘法」在起作用。用卷帶方程式,算出繞的圈數與力量之間的關係。
碳酸的刺痛感,舌頭是在哪裡感覺到的? ― 舌頭感受到的不是氣泡,而是「酸味」
碳酸飲料的刺痛感,並不是氣泡破裂的觸感。舌頭上的二氧化碳會變成酸,由負責「酸味」的細胞和痛覺神經感受到。在高氣壓房間裡消除氣泡後刺激仍然存在的實驗,以及冰涼碳酸飲料刺激感更強的原因,都透過亨利定律的公式來驗證。
海邊的風,為什麼白天和晚上方向不同? ― 動的是空氣,但決定方向的是海
白天從海上吹來,晚上從陸地吹來。海邊的風幾乎每天都在固定的時刻改變方向。原因在於「海水不易變熱、也不易變冷」。從傍晚風忽然停止的「夕凪」現象,用生活化的語言一一解開。
手腕的脈搏,是血液送達心臟的訊號嗎? ― 脈搏其實是比血液快20倍的「波」
手腕感受到的脈搏,其實不是血液流到那裡的訊號。它是沿著血管壁傳遞的「鼓起的波」,速度大約是血液的20倍。這個速度由血管的硬度決定,因此也成為健康檢查中用來判斷血管狀態的線索。
番茄醬為什麼倒不出來,一用力卻又噴一大坨? ― 在力超過「門檻值」之前,番茄醬都在假裝自己是固體
倒過來也倒不出來,甩一甩卻突然噴一大坨的番茄醬。番茄醬是一種擁有「降伏應力」的液體:力道低於某個門檻時像固體一樣不動,一旦開始流動就突然變得很稀。我們從瓶口的細窄程度與力的門檻,計算出出與不出的分界。
開暖氣後,房間為什麼會變得乾巴巴? ― 水一滴都沒有變少,只是空氣的「容器」變大了
開暖氣讓房間變乾,並不是因為水變少了。空氣變暖後,能裝下的水的上限(飽和水蒸氣量)會變大,水量不變,濕度的數字卻會下降。把室外5℃、濕度70%的空氣加熱到22℃,濕度會降到約25%。本文計算要把6疊大小的房間維持在濕度50%,一天竟需要1.…
摸過鐵欄杆的手,為什麼會有「鐵鏽味」? ― 發出味道的不是鐵,而是你的皮膚
摸鐵之後手上的味道,其實不是鐵發出來的。是汗水和皮膚的油脂,在鐵的觸發下發生變化,產生了分子,被鼻子以極微量偵測到。
駱駝為什麼能好幾天不喝水還繼續走? ― 駝峰裡裝的不是「水」,而是「脂肪」
「駱駝的駝峰裡儲存著水」是常見的誤解。駝峰裡裝的其實是脂肪,分解脂肪時產生的「代謝水」能幫忙補充水分。本文用計算來驗證這個機制。
砂糖和鹽都會結塊,為什麼處理方法卻完全相反? ― 一個是失去水分而結塊,另一個是吸收水分而結塊
廚房裡的砂糖會硬得像石頭,鹽卻是變得潮濕而結塊。兩者都靠「結晶橋」黏在一起,但水分進出的方向恰好相反。所以砂糖要加濕,鹽要除濕,才是正確做法。
厚的一件外套,不如薄的多層疊穿更保暖,為什麼? ― 真正保暖的不是布料,而是夾在中間的空氣
換季時常聽到「疊穿比較保暖」。真正保暖的不是布料,而是夾在布料之間的空氣。我們實際計算逸失的熱量,並算出空氣層要多厚才最有效。
天冷手僵時,為什麼連一顆鈕扣都扣不上? ― 指尖傳來的訊息,遲到了
手指變冷後動作不靈活,並不是因為力氣變小了。而是從指尖傳到大腦的訊號本身變慢了,皮膚感測器的靈敏度也跟著下降。
變色龍為什麼能改變體色? ― 靠的不是色素,而是改變晶體的排列方式來控制顏色
變色龍變色,並不只是把色素移來移去。一般認為,牠是改變皮膚內微小晶體的間隔,直接切換反射光的顏色。這和蛋白石背後的物理原理相同,我們用計算來驗證。
拔河比賽,是力氣大的隊伍贏嗎? ― 繩子拉扯兩隊的力量一直相同,勝負關鍵在腳底
運動會的拔河比賽。其實繩子拉扯兩隊的力量,一直都是一樣大的。決定勝負的,是腳底抓住地面的力量(摩擦力),以及身體後仰的方式。連輸的一方為何會突然潰散,本文也用算式來驗證。
銀杏為什麼那麼臭? ― 臭的是外皮,要小心的是裡面吃的果仁
秋天走在銀杏行道樹下,撲鼻而來的那股臭味。元凶是外層果肉狀部位累積的丁酸等酸類,只要極少量就能被聞到。臭的是外皮,真正要小心的其實是裡面吃的果仁。孩子吃太多會食物中毒的原因,也透過體重換算來驗證。
沙漠白天那麼熱,為什麼晚上會冷得刺骨? ― 因為天上和地上,都沒有能鎖住熱量的「水」
沙漠裡,白天曬得發燙的同一個地方,到了夜裡卻冷得讓人縮成一團。元兇是「空氣乾燥」和「沒有厚度可以儲熱」。我們用生活化的說法,來拆解這其中發生了什麼事。
隔著傘布看路燈,光點為什麼會排成格子狀? ― 是織線之間的縫隙,把光彎曲後重新排列
下雨的夜晚,隔著傘布看遠處的路燈,會看到光點排成十字或格子狀。這是因為穿過織線縫隙的光會擴散開來,只有彼此重疊、互相增強的方向才會變亮。本文說明繞射與干涉的原理,並計算光點之間的間隔。
血液在體內不停繞圈,是怎麼發現的? ― 關鍵只是紙上的一次乘法
血液會循環這件事,400年前根本沒人知道。決定性的證據既不是解剖,也不是顯微鏡,而是紙上的一次乘法。算一算心臟一小時送出的量,答案竟是體內血量的約59倍。
麵包師傅為什麼夏天要用冰水揉麵? ― 水溫是從室溫「倒算」出來的
麵包店夏天用冰水、冬天用溫水揉麵。師傅盯著的不是水溫,而是揉好後麵團的溫度。本文搭配計算,解說現場如何從室溫、麵粉溫度倒算出水溫的公式。
石匠為什麼只靠木楔就能劈開巨大的岩石? ― 石頭裡藏著容易裂開的「紋理」
城堡石垣上殘留的方形凹痕「矢穴」,是用木楔劈開岩石的痕跡。石頭雖然很耐壓,卻很怕被拉扯;而且石頭內部藏著容易裂開的方向「石紋」。本文淺顯解說石匠憑經驗掌握的這兩個特性。
蒲公英的冠毛,為什麼能飛得那麼遠? ― 浮在空氣中、看不見的「環」的祕密
蒲公英的冠毛比一般降落傘的空隙多得多,據說卻能非常緩慢地下落。冠毛上方會形成一個看不見的「渦環」,能夠抓住空氣。本文透過計算下落所需的時間,來確認這個原理。
摩擦過的氣球,為什麼會黏在牆上? ― 不帶電的牆壁,會在一瞬間排成「互相吸引」的方向
用頭髮摩擦過的氣球會黏在牆上,是因為牆壁裡本來沒有電,卻發生了電荷的「重新排列」。這篇用可以拖動的圖和計算,來確認「越近的一方拉力越強」的原理,以及這股支撐力到底有多大餘裕。
在同一個地方連續種同一種蔬菜,為什麼會長不好? ― 每年都有東西正悄悄從土裡被帶走
家庭菜園連續種同一種蔬菜會長不好,這叫「連作障礙」。本文計算隨收穫從土壤中被帶走的氮量,並解說人類花了2000年才弄清楚豆科植物根部細菌如何從空氣中固定氮的過程。
曬棉被為什麼會變蓬鬆? ― 塵蟎在陽光下並不會死
棉被拿去曬太陽會變蓬鬆,並不是因為塵蟎被曬死,也不是纖維被陽光「喚醒」。真正離開棉被的,是前一晚滲進去、大約一杯水的量。
為什麼一碰就知道衣服濕了? ― 皮膚其實沒有「濕度感測器」
人的皮膚上,找不到能直接偵測「濕」的感測器。即便如此,我們卻能瞬間察覺濕意。本文解說大腦如何靠冰冷、壓力、動作這3個線索,拼湊出「濕了」這個感覺。
極光為什麼會因地點和高度而顏色不同? ― 只能發出固定顏色的大氣氣體
極光會發出綠、紅、紫等各種顏色。這些顏色的差異,據說是由高空氣體的種類與高度(濃度)決定的。我們用計算來驗證它與煙火、霓虹燈相同的原理。
重的東西,真的比輕的東西掉得快嗎? ― 伽利略驗證的地方,不是塔上,而是斜坡上
重的鐵球和輕的鐵球,會同時落地。推翻「越重掉得越快」這個近2000年來的信念的,不是從斜塔上落下的實驗,而是在斜坡上滾動的球與水鐘。讓我們一起追溯紙張為什麼會落後,以及月球表面上鎚子與羽毛的實驗。
蠟燭燃燒的是燭芯嗎? ― 燃燒的其實是變成氣體的「蠟」
蠟燭火焰燃燒的並不是燭芯,而是熔化後變成氣體的蠟。燭芯位於火焰中氧氣到不了的陰暗處,所以很難燒盡。我們用公式來確認火焰的構造,以及一根蠟燭釋放的熱量。
日本海側為什麼會下這麼多雪? ― 打造雪雲的,是冷風和「溫暖的海」
日本海側會下大雪,不只是因為寒冷。從大陸吹來的冷風,在冬天也很溫暖的日本海上空花半天以上的時間渡海,吸收大量水蒸氣後長成雲。這些雲撞上山脈被抬升,像被擰乾一樣把水蒸氣化為雪落下。同一天太平洋側放晴,也是同樣的原理。
端著咖啡走路,為什麼會灑出來? ― 杯中的水面有容易晃動的「節奏」
裝得滿滿的咖啡,就算走得再小心,為什麼還是會灑出來?本文用圖解和簡單計算,說明杯中水面容易晃動的節奏,如何與走路的節奏重疊,以及晃動不易停止、每一步都在累積的原因。
從水壺慢慢倒水,為什麼液體會沿著外壁滴落? ― 讓水轉彎的,不是水本身,而是壺嘴的邊緣
從茶壺或水壺慢慢倒水時,液體會沿著壺嘴外側滴落。讓液體轉彎的,其實是壺嘴的邊緣。倒水速度一旦超過某個值,滴落就會嘎然而止。
吐氣為什麼「哈——」是溫的、「呼——」卻是涼的? ― 嘟嘴吹出的氣,抵達手上之前已捲入2倍以上的室內空氣
明明是同一張嘴呼出的同一口氣,張大嘴巴吹會覺得溫暖,嘟起嘴巴吹卻覺得冰涼。嘟嘴的氣流又細又快,抵達手上之前,已經捲入了2倍以上的室內空氣而變冷了。
骨頭為什麼每隔幾年就會重新打造一次? ― 少了負責破壞的細胞,骨頭反而會變脆弱
骨頭並不是做好了就結束的零件。破壞的細胞和建造的細胞此刻仍在工作,不斷丟棄舊骨、換上新骨。不用就會變少、常用就會變多,本文從材料的角度說明骨頭的運作機制。
為什麼魚越大,體內水銀越多? ― 答案,藏在博物館的舊蛋殼裡
鮪魚、紅金眼鯛常被提醒「懷孕期間別吃太多」,原因在於生物濃縮:食物鏈每往上一階,水銀就會更濃。而最早揭開這個機制的,是一位一顆一顆秤博物館舊蛋殼重量的研究者。
貝殼的花紋為什麼這麼規律? ― 「化學拔河」創造出的自然圖案
貝殼的條紋與鋸齒花紋,據說是在殼向外生長的最前線,由「啟動色素生成的訊號物質」與「抑制它的物質」互相較勁而形成的(圖靈圖案)。我們用生長速度來計算花紋的間隔,加以驗證。
撞到腳的小指頭,痛覺為什麼會晚一點才「悶悶地」襲來? ― 傳遞痛覺的神經,分成快線和慢線
撞到衣櫃角落,先是「唰」地一下劇痛,大約1秒後又來一波「悶悶的」痛,這是為什麼?傳遞痛覺的神經,其實分成快、慢兩種。我們用公式,從腳到腦的距離來確認訊號需要多久才能傳到。
烤番薯明明沒加糖,為什麼會 那麼甜? ― 烘烤的過程中,番薯正在自己製造糖分
秋冬時節常見的烤番薯攤。同一顆番薯,用微波爐快速加熱卻不會變甜。本文用圖解和簡單計算,說明番薯在加熱過程中如何自行產生糖分,以及這個作用能發揮的狹窄溫度區間。
用腦真的會讓人肚子餓嗎? ― 大腦即使什麼都沒在想,也持續消耗全身兩成的能量
大腦只占體重的2%左右,卻消耗了安靜時身體所用能量的約兩成。然而即使思考困難的問題,額外增加的消耗也只有幾個百分點。因為大腦的能量,大部分不是用在「思考」,而是用在隨時準備發出訊號。
一到秋天,為什麼早上會變得起不來? ― 調整體內時鐘的不是鬧鐘,而是早晨的光線
夏天明明自然就會醒來,一到秋天,就算時間一樣也起不了床。原因不是意志力不夠,也不是熬夜,而是日出變晚,「早晨的光線」不夠了。從體內時鐘的原理來解說。
海水為什麼是藍色的? ― 和天空的藍完全是兩回事
海是藍色的,並不是因為映照了天空。水本身會吸收紅光,只剩下藍光被散射回來,才讓海看起來是藍的。我們用計算來確認它和天空之藍的差別。
同樣重量的行李,離身體越遠拿起來卻突然變得吃力,這是為什麼? ― 腰椎上承受的力量,是行李的好幾倍
把行李伸直手臂拿著,走沒幾步就會很吃力。感到吃力的不只是手臂,腰椎上承受的力量,其實是行李重量的好幾倍。用槓桿的平衡來算算看。
現在吸進的空氣,含有古人吐出的空氣嗎? ― 一口氣的分子數,和地球空氣「相當於幾口氣」,數字幾乎相同
一口氣中含有1.2後面加22個0的分子數量。而地球的空氣,換算成「幾口氣的量」也幾乎是同一個數字。所以,不管是哪個時代、誰吐出的一口氣,其中的分子都有1〜2個混在你現在的這口氣裡。用數字來驗證看看。
星星為什麼會一閃一閃地眨眼? ― 搖晃的不是星星,而是你頭頂上的空氣
星星會眨眼,並不是因為星星本身的亮度在改變。而是地球的空氣裡有溫度不均勻的地方,光線經過時路徑會稍微彎曲。星星距離太遠,只能看成一個點,所以搖晃會直接變成亮度的變化傳到我們眼中。這也是為什麼較近的行星不容易眨眼的原因。
明明是盛夏,為什麼天上會落下冰塊(冰雹)? ― 一次次被往上抬,冰塊就一點一點變厚
在氣溫超過30℃的夏日午後,天空有時會降下冰塊。高空幾公里處即使在盛夏也是零下低溫,在發展旺盛的積雨雲中,強烈的上升氣流會把冰粒一次又一次往上抬。每被抬起一次,水就會附著在冰粒上結凍,冰粒便一層一層變大。
玩捉迷藏時,看不到人卻聽得到聲音,為什麼? ― 聲音能繞過轉角,光卻不能
躲在物體後面,身影會消失,但聲音卻能清楚傳來。聲音可以繞過轉角,光卻不行。這個差異,只取決於「波長」和「遮蔽物大小」的比例。
飛機降落前,耳朵為什麼會痛? ― 讓空氣「進入」鼓膜深處,遠比讓它出去困難
起飛時明明沒事,快降落時耳朵卻一陣刺痛。原因在於鼓膜深處那個小小的空氣腔室,以及平時緊閉著的一條細管。空氣要排出很容易,但要進入卻很困難。
炸東西厲害的人,為什麼光聽聲音就知道油溫? ― 響的不是油,而是麵衣滲出的水
油炸時發出的滋滋聲,響的不是油,而是麵衣裡含的水。氣泡大小與聲音高低會隨溫度改變,本文用圖解與計算說明其中原理。
蜘蛛網為什麼不會被風雨破壞? ― 不是因為堅固,而是因為能大幅伸長
明明是用這麼細的絲織成的,蜘蛛網卻不管颳風或下雨都很難壞掉。祕密在於「很會伸長」和「到處都是空隙」。讓我們用生活中的語言,解開「強度」到底是什麼。
放一盆觀葉植物,房間的空氣真的會變乾淨嗎? ― 想達到同樣效果,6疊房間得放上100盆以上
「觀葉植物能淨化空氣」這個說法,源自NASA在一個小小密閉容器中做的實驗。在一般房間裡,從窗戶或縫隙進出的空氣量遠遠超過植物的淨化能力,若想靠植物達到和換氣一樣的效果,一個6疊(約10平方公尺)大的房間得放上100盆以上才夠。本文將輕鬆解說…
向日葵的種子為什麼排成螺旋狀? ― 「最難整除的角度」造就的美
數一數向日葵種子的螺旋,會發現出現的是費波那契數列中的數。這是因為種子是以「黃金角」這個特別的角度,一顆一顆依序加上去的。本文用計算來驗證,為什麼這個角度能排得最無縫隙。
磁鐵為什麼隔著紙或手也會吸住? ― 真正能擋住磁力的,反而是鐵
冰箱上夾再多張紙,磁鐵也不會掉下來。紙、手、鋁,對磁鐵來說都「跟什麼都沒有一樣」。而真正能擋住磁力的材料,意外地正是鐵。
感冒的時候,為什麼吃東西會嚐不出味道? ― 味覺的大半,其實是鼻子而不是舌頭在負責
鼻子塞住時,為什麼料理的味道會變得模糊不清?舌頭能分辨的其實只有5種味道,「草莓的味道」其實是靠從口腔通往鼻腔深處的香氣在支撐。
鐵匠師傅,為什麼不用溫度計就能知道鐵的溫度? ― 熾熱的鐵,會依溫度發出固定顏色的光
刀匠或鐵匠師傅,會看熾熱鐵塊的「顏色」來判斷溫度。因為熱的東西會依溫度發出固定顏色的光,而還沒發光之前,表面的薄膜顏色也會隨溫度而定。本文淺顯解說沒有發光的金屬,為什麼也可能有數百℃的高溫。
一到秋天,為什麼掉髮會變多? ― 夏天「排隊等候」的頭髮,現在正在脫落
從9月到11月,排水口的頭髮量突然增加,讓很多人感到不安。頭髮是一根一根按照各自的時鐘生長、替換的,進入休止的比例會在夏天上升。這個時間差造成了秋天掉髮增多的現象,本文用圖解與計算來說明。
海市蜃樓為什麼看得到? ― 空氣溫差造成的光線小把戲
夏天炎熱的道路前方,有時會看到像水窪一樣搖晃的閃光。地面附近的熱空氣與上方空氣密度不同,改變了光的行進方式,讓遠方的天空看起來像水面的反射。本文用計算來驗證這個原理。
沒有人推,鞦韆為什麼 光靠自己盪就能愈盪愈高?
鞦韆光靠自己盪就能愈盪愈高,是因為在最低點站起來、在兩端蹲下的「重心升降」動作,替擺動不斷加進能量。本文解說站姿盪法與坐姿盪法的原理差異,以及為什麼靜止的鞦韆光靠站姿盪法無法盪起來。
胃明明分泌強酸,為什麼自己不會被溶掉? ― 守護它的,是厚度僅0.2毫米的黏液
胃裡充滿了能把肉都溶化的強酸。可是胃本身卻安然無恙。守護它的不是厚厚的胃壁,而是一層厚度約0.2毫米的黏滑物質,以及滲入其中的鹼性液體。
潮汐為什麼 一天會有兩次?
如果只是「月球拉扯海水」,那應該一天只有一次滿潮。但實際上滿潮一天來兩次。月球另一側的海水也會隆起,這個意外的機制,用拔河來比喻,不需要任何預備知識就能讀懂。
霜柱為什麼會從土裡長出來? ― 不是從上方降下,而是從下方被頂起來的
冬天的早晨,地面上密密麻麻立著霜柱。那並不是從天上掉下來的東西。土裡的水沿著細小的縫隙被送到上方,在地面正上方持續結凍,柱子就這樣被從下方頂起來。柱子頂端為什麼會頂著一塊土,還有沙地為什麼不容易長霜柱,都可以用同一個原理來說明。
海浪為什麼總是 幾乎平行於岸邊打上來?
不管外海的浪原本朝哪個方向前進,到了沙灘時幾乎都會變成與岸邊平行。淺水處波浪變慢所造成的「波向偏轉」,用行進隊伍的比喻,不需要任何預備知識就能讀懂。
對水蚤來說,水為什麼像「蜂蜜」一樣黏? ― 身體變小之後,同樣的水會變成另一種液體
在泳池裡划水後放手,身體還會滑行一段距離。但體長只有1毫米的水蚤,從來沒有體驗過那種「滑行」。明明是同一種水,身體愈小,水就愈像黏稠的液體。這篇文章用一個叫雷諾數的數字,不需要任何背景知識就能說明原因。
井水或湧泉,為什麼夏天覺得冷、冬天覺得溫? ― 不是水在變,是周圍的空氣在變
井水或湧泉夏冷冬溫,並不是水的溫度在變化。因為土壤傳熱的速度非常慢,地表的暑氣與寒氣無法傳到深處,地底的溫度整年幾乎都維持在該地的年平均氣溫。
壁虎為什麼能黏在光滑的牆壁和玻璃上? ― 不用膠水也不用吸盤,分子之力的運作原理
壁虎不用膠水,也不用吸盤,就能倒掛在玻璃天花板上。腳底無數細毛產生的分子間微弱引力(凡得瓦力)如何層層疊加,本文用計算來驗證。
深海熱泉口的生物,為什麼沒有陽光也能存活? ― 從硫化氫中取出能量的化學合成機制
陽光完全照不到的深海熱泉口周圍,住著管蟲等獨特的生物。本文透過計算,確認牠們與氧化硫化氫、製造養分的細菌之間的共生關係。
蟬為什麼要在土裡待上好幾年? ― 質數是牠們的生存策略
北美的週期蟬,會以 13 年或 17 年這樣的質數週期爬出地面。這個奇妙的週期,被認為是為了減少與天敵相遇而演化出的策略。我們用最小公倍數的計算來驗證。
冰箱磁鐵貼片, 為什麼只有一面吸得住? ― 正面排列著細條紋狀的N極和S極
貼在冰箱上的薄磁鐵,翻過來幾乎完全吸不住。因為表面上,N極和S極排成細細的條紋,緊密相鄰。只夾一張紙就能穩穩固定,換成厚紙板卻立刻掉下來,原因也是同一套機制。
辣椒的「辣」, 為什麼喝水消不掉?
吃辣時口中那股灼熱感,其實不是一種「味道」。感受熱度的感測器誤判,才是辣的真面目。本文將以不需要預備知識的方式,說明為什麼水沒用、牛奶卻有效的化學原因,以及辣椒演化出辣味的策略。
食物的「卡路里」, 到底是測量什麼的數字?
飯糰包裝上的「179kcal」。這個數字的真面目其實是「燃燒這個食物時會放出的熱量」。本文不需要任何預備知識,透過實際燃燒食物來測量、以及身體內部同樣悄悄進行著「燃燒」反應的說明,配合「吃幾碗飯才能爬多高的山」的計算,帶你搞懂卡路里。
剛升起的月亮, 為什麼看起來那麼大?
地平線附近的月亮看起來巨大,一旦升到正上方卻又變小了――但用相機拍下來,大小其實完全一樣。相機拍不出來的「月亮錯覺」,已經被討論了兩千多年,至今仍是懸而未決的大腦之謎。文中也介紹了用小指驗證的方法。
冰是透明的,雪為什麼看起來是白的? ― 同樣是「冰」,外觀卻差這麼多的原因
冰和雪都是由凍結的水構成,但冰是透明的,雪卻是純白的。雪裡無數細小的冰粒與空氣間隙,讓光線一再反射、散射,因此看起來是白色的。本文用計算來驗證這個原理。
螞蟻為什麼能舉起自身體重幾十倍的東西? ― 體型越小、力氣越占優勢的「平方立方定律」
一般認為螞蟻能搬動自身體重幾十倍的東西,人類卻做不到。這是因為肌力和體重會隨著體型變大,以不同的速度增加。不需要任何背景知識,搭配計算一起說明。
剛開始下雨時,為什麼會有一股獨特的氣味? ― 把氣味打上天空的,正是雨滴本身
雨剛開始下的那一瞬間,撲鼻而來的那股泥土味。氣味的來源並不是雨本身,而是乾燥地面上原本就累積的微生物代謝物質。落下的雨滴打在地面上,會讓土壤中的空氣變成小氣泡,氣泡破裂時會把細小的霧噴向空中,這些霧再把氣味帶到我們的鼻子。
月全食時,月亮為什麼不會消失,反而變紅? ― 環繞地球邊緣的無數「晚霞」,正照亮著月亮
月全食時,月亮完全進入地球的影子,卻不會一片漆黑,而是泛著紅銅色的光。一般認為,這是因為地球的大氣把少量陽光送進影子裡,並且和晚霞相同的原理,只讓紅光抵達月亮。不需要任何背景知識,就能讀懂。
飛機雲為什麼有的很快消失、有的卻能留很久? ― 關鍵在高空空氣的「濕潤程度」
飛機雲被認為是排氣中的水蒸氣在高空冷空氣裡結凍而成的無數冰粒。周圍空氣已經潮濕時,飛機雲不會消失;空氣乾燥時則很快消散。本文用濕度的計算來驗證這個原理。
鯨魚的叫聲,為什麼能傳到數百公里外的同伴耳中? ― 藏在深海裡的聲音「通道」
鯨魚低沉的叫聲,據說可以傳到數百公里,甚至超過1000公里外的同伴那裡。本文不需要任何預備知識,搭配計算,說明深海中的聲音通道(聲道),以及低頻聲音比較不容易被水吸收的特性。
久站會讓腳浮腫,為什麼? ― 把腳部的血液送回心臟的,其實不是心臟
早上還好好穿上的鞋子,到了傍晚卻變緊。長時間站立工作後,腳會又重又腫。真正的原因,是重力讓血液和水分堆積在腳部。心臟的推力在回程幾乎已經用盡,取而代之的,是小腿肌肉與靜脈瓣膜組成的幫浦。
明明沒下雨, 為什麼早晨的草會濕?
晴朗的早晨,只有草坪和自行車座墊濕透了——晨露的真相,是草和物體在夜裡把熱以「光」的形式送往宇宙,讓自己比周圍空氣更冷。屋簷下不會濕、陰天夜裡不結露,這兩個現象可以用同一套原理來解釋。
蛋白石明明是石頭,為什麼會閃耀彩虹般的光? ― 微小到看不見的「球體排列」所變的光學把戲
蛋白石是一種只要傾斜就會變色的神奇寶石。它並沒有色素,而是由微小到看不見的玻璃球規則排列,只讓特定顏色的光互相加強。不需要任何預備知識,並搭配計算來說明。
珊瑚為什麼總在滿月前後的夜晚「產卵」? ― 海中安靜的集體行動
許多珊瑚會在滿月後幾天的固定夜晚、固定時段,同時把卵和精子釋放到海水中。本文以月齡的計算,來驗證牠們如何以月光為線索,讓集體行動的時間彼此對齊。
貓咪為什麼從高處掉下來也沒事? ― 光是「伸展身體」,衝擊就差這麼多
貓咪從高處落下也沒事,據說是因為空氣阻力讓牠們達到終端速度,再靠伸展身體來減緩衝擊。不過,這並不代表「絕對安全」。本文用計算來驗證這個物理現象。
冬天靜電為什麼會「啪」一下?
冬天摸門把時常會感受到靜電「啪」的刺痛。一般認為,這是因為乾燥的空氣不容易讓電荷散逸。本文以數值確認:電壓雖高,能量其實極小。
蛋黃為什麼怎麼搖都不容易偏離正中央? ― 與蛋白幾乎相同的密度,加上兩條「繩子」形成的平衡
打開蛋殼,蛋黃總是圓圓的,幾乎位在正中央。原因據說是它的密度和蛋白幾乎相同,不容易浮起也不容易下沉,再加上名為卵繫帶的兩條繩子。不需要預備知識,並搭配密度的計算來說明。
LED 為什麼這麼省電? ― 它不是靠熱,而是「直接」產生光
白熾燈泡是靠加熱來發光,LED 則是在半導體內部把電子的能量直接變成光。這個差異為什麼能大幅降低耗電量?我們從光子能量的計算來驗證。
吃飽之後,為什麼會想睡覺? ― 身體切換成「消化模式」的機制
飯後感到強烈睏意,一般認為是因為血糖變化削弱了大腦的「清醒開關」,同時幫助消化的副交感神經占了上風。消化本身耗費多少能量,我們也用計算來驗證。
肥皂泡為什麼會呈現彩虹色? ― 其實跟彩虹的原理完全不同
肥皂泡的彩虹色,並不是像彩虹那樣的「光的色散」,而是薄膜正反兩面反射的光互相干涉所產生的。我們會用光的干涉公式,實際算出膜的厚度來驗證。
貓咪為什麼總能用腳著地? ― 在什麼都沒有的半空中,扭轉身體的物理學
被仰面放下的貓咪之所以能用腳著地,是因為牠運用柔軟的脊椎,巧妙利用角動量守恆定律,在半空中扭轉了身體。本文以計算方式驗證這個機制。
銅變綠色的「銅綠」, 為什麼曾被說是「毒」?
10圓硬幣或自由女神像會變成綠色的「銅綠」。這是銅緩慢發生化學變化後產生的物質,過去曾被認為有毒,但這種說法如今已被重新檢討。用數字來確認其中的原理。
地質學家為什麼要舔石頭? ― 弄濕之後,石頭表面的「白霧」就會消失
野外的地質學家會舔石頭或澆水在石頭上,是因為弄濕之後,表面的「白霧」會消失,露出礦物真正的顏色與顆粒。我們用計算光在石頭表面反射比例的「菲涅耳公式」來確認原因。
為什麼白天看不到星星? ― 星星並沒有消失
星星不論白天黑夜都同樣發光,光也確實傳到了地面。只是太陽光在空氣中四處散開,把整片天空照亮,星星微弱的光就被淹沒了。
積雨雲為什麼能長得那麼高? ― 上升氣流這台「引擎」的運作原理
夏天午後,轉眼間就高高聳立的積雨雲(雲峰)。本文透過計算雲的形成高度與成長所需時間,來確認暖空氣持續上升,以及水蒸氣變成水滴時釋放的熱進一步推升氣流的原理。
山谷回音為什麼會晚一點才聽到? ― 聲音傳出去、再彈回來的故事
對著山谷或山壁大喊,過一會兒就會聽到自己的聲音傳回來,這就是「回音」。聲音在空氣中以固定的速度前進,從遠處山壁反射回來需要時間。本文用計算來確認,人耳要在什麼條件下才能把它聽成回音。
候鳥為什麼要 排成V字形飛行?
秋天的天空中飛過的雁群,為什麼不是排成一列、也不是擠成一團,而是V字形?答案就在前面那隻鳥的翅膀留下的「向上的風」裡。這篇文章不需要任何背景知識,帶你認識這種省力飛行的原理。
為什麼呼出的氣到了冬天會變白? ― 看不見的水蒸氣遇到冷空氣,變成水滴的瞬間
夏天看不見呼出的氣,冬天卻能看到白白的一團。呼出的氣本來就含有大量水蒸氣,遇到冷空氣突然降溫後,容納不下的部分就會變成細小的水滴現身。不需要任何預備知識,搭配計算一起說明。
琥珀裡的昆蟲,為什麼歷經數百萬年都不會腐爛? ― 樹脂造就的天然時空膠囊
琥珀,據信是遠古樹木分泌的樹脂經過漫長歲月變成的化石。透過計算,我們來確認樹脂的防腐作用,以及隔絕空氣與水分的機制,如何讓被封住的昆蟲不會腐爛分解。
深海生物為什麼不會被那麼大的水壓壓扁? ― 正因為「沒有空氣」才撐得住的原理
一般認為,每下潛10公尺,水壓就會增加約1大氣壓。多數深海生物體內沒有大的空氣空隙,所以外面的水壓與體內的壓力達到平衡,才不會被壓扁。本文用計算來確認這個原理。
冬眠的動物,為什麼能好幾個月不吃不喝? ― 不夠的不是脂肪
人體其實也存有兩個月份的脂肪。但人無法冬眠,是因為沒有把體溫降低、把消耗壓到八分之一的機制。關鍵不是存量,而是速度。
鯊魚為什麼找得到藏在沙裡的獵物? ― 不靠眼睛也不靠鼻子,用皮膚感受「電」的原理
鯊魚有時能精準攻擊藏在沙裡、沒有氣味也沒有聲音的獵物。本文用計算來驗證:生物發出的微弱生物電流,以及能感應到它的羅倫氏壺腹(Ampullae of Lorenzini)是如何運作的。
發酵和腐敗有什麼不同? ― 其實是同一種現象,只是人類用不同名字稱呼
發酵和腐敗,都是肉眼看不見的微生物在分解有機物,本質上是同一種現象。差別只在於產生的物質對人類有益還是有害。微生物增加的速度,我們也用計算來驗證。
電鰻為什麼不會被自己放出的電電到? ― 電會選擇「電阻低的路」流動
據說電鰻把重要的器官安排在遠離發電處的位置加以保護,並利用脂肪層當作絕緣材料。電會選擇電阻低的路徑流動,我們就用計算來確認,為什麼大部分電流會流向牠自己的身體外面。
為什麼一定要睡覺? ― 大腦,在睡眠中打掃
大腦沒有專用的管道來排出廢物。取而代之的是,睡眠時腦細胞間的縫隙會擴大,讓腦脊髓液把廢物沖走。睡眠不只是休息而已。
為什麼照片裡的自己,看起來怪怪的? ― 你熟悉的,其實是左右相反的自己
不是照片扭曲了。原因在於你熟悉的是左右相反的臉,而近距離拍攝會讓鼻子顯得比較大。這兩件事,只要一次除法就能說清楚。
搭電梯時,身體為什麼會突然變輕? ― 你感受到的不是「重力」,而是「地板的力」
電梯開始向下移動的瞬間,那股飄浮感並不是因為重力變弱了。我們感受到的「重量」,其實是地板反推回來的力,每次加速這股力量都會改變。用計算來驗證看看。
明礬結晶為什麼能長成那麼漂亮的形狀? ― 慢慢來的意義
一般認為,明礬結晶是由原子和離子規則排列而成。越是慢慢培養,這種排列越不容易被打亂,結晶就能長得更大,並擁有平整的面和清晰的角。本文用計算來確認其中的原理。
海水為什麼是鹹的? ― 把鹽運來的,竟是本來不該是鹹的河川
海水之所以是鹹的,據信是因為河川不斷從大地溶出極稀薄的鹽分並帶入海中,而從海面蒸發離開的卻只有水分而已。不需要任何先備知識,搭配計算為您說明。
流星到底有多大? ― 真面目其實只是沙粒大小的碎片
劃過夜空的流星看起來非常明亮,但真面目其實只是沙粒大小的碎片。發光的原因不在於大小,而在於猛烈速度所產生的動能。本文用計算來驗證。
雪花為什麼是六角形? ― 水分子的排列方式告訴我們答案
雪的結晶為什麼總是六角形呢?答案就在水分子之間以氫鍵相連時,那個固定不變的角度上。我們用計算來驗證這個六角形的幾何學。
蝙蝠在黑暗中如何避開障礙物? ― 用聲音反彈來「看」的原理
蝙蝠會發出人耳聽不見的超音波,再聽取反射回來的聲音(回音),即使在黑暗中也能得知障礙物和獵物的位置。本文透過計算,確認如何從聲音往返所需的時間求出距離。
河流為什麼不是筆直流動,而會蜿蜒? ― 一個小小的彎曲,如何自己愈長愈大
平原上的河流沒有岩石阻擋、也沒有坡度變化,卻大幅蜿蜒。外側被侵蝕、內側堆積泥沙,這個簡單的機制會隨著時間讓彎曲自己愈長愈大。本文用計算來驗證這個過程。
為什麼金屬摸起來比木頭冷? ― 溫度相同,傳遞的速度卻不同
同一個房間裡的金屬和木頭,其實溫度是一樣的。金屬摸起來比較冷,是因為它奪走手部熱量的速度遠比木頭快。我們透過熱傳導率的差異,用計算來確認這個速度差。
紙為什麼一濕就容易破? ― 沒有「膠水」卻能把紙黏在一起的東西
紙其實不是靠膠水,而是靠纖維之間的氫鍵結合在一起。一旦碰到水,水分子會奪走這個結合,讓纖維容易散開。我們用計算來確認強度會下降多少。
海洋正在吸收二氧化碳 ― 但接下來呢?
海洋持續吸收人類排放的部分二氧化碳。被吸收的二氧化碳在海水中改變了形態,引發了「海洋酸化」這個新問題。我們用計算來確認吸收量。
植物為什麼是綠色的? ― 明明是最多的光,卻不拿來用
葉子看起來是綠色,是因為它沒有吸收綠光,而是把綠光反射出來。而綠光正是太陽送來最多的光。為什麼要放掉它,至今仍沒有定論。
極光為什麼只能在北極或南極附近看到? ― 地球磁力線引導太陽「風」的原理
太陽不斷吹出帶電粒子流,稱為「太陽風」。一般認為,環繞地球的磁力線會把這些粒子引導到北極和南極附近,因此極光才集中出現在極地。文中也會計算太陽風從太陽抵達地球所需的時間。
蜂蜜為什麼不會腐壞? ― 靠「搶走」水分來保護自己的原因
蜂蜜的水分很少,糖分非常濃。一般認為,這樣的濃度會把水從造成腐敗的微生物身上搶走,所以蜂蜜幾乎不會腐壞。本文也用計算,來驗證蜜蜂如何把花蜜濃縮。
電氣為什麼很難儲存? ― 把「流動」轉換成別的形式來保存
電氣不是「東西」而是「流動」,因此無法直接儲存。電池、電容器和抽水蓄能發電,都是先把電力轉換成別種能量再儲存起來。本文用計算來確認所需的規模。
肌肉痠痛,為什麼隔天才出現? ― 「犯人」早就離開現場了
乳酸在運動後1〜2小時內幾乎消失殆盡。肌肉痠痛加劇卻是在半天〜兩天後。時間對不上。真正的原因是肌纖維的微小損傷,以及由此展開的發炎反應。
鏡子為什麼只把左右反過來, 上下卻不變?
鏡子其實沒有把左右反過來。它反轉的只有前後(深度)方向。之所以看起來左右相反,是因為我們把鏡中的自己,拿來跟「轉身過來的自己」做比較。
安全帶為什麼只在緊急煞車時才會鎖住? ― 平常自由伸縮,緊急時卻立刻固定的原因
安全帶平常可以緩慢自由地伸縮,但只有在緊急煞車或碰撞的瞬間,內部的小機關才會鎖住。我們用計算來確認,拉長停止距離為什麼能保住性命。
為什麼生雞蛋一煮就會凝固? ― 蛋白質「鬆開」後互相纏繞的機制
生雞蛋只要加熱,就會變成再也回不去的凝固蛋。這是因為折疊的蛋白質鬆開後互相纏繞,稱為「變性」。本文搭配溫泉蛋的奧妙,用計算來驗證。
鐘乳洞的鐘乳石為什麼要花幾千年才慢慢變長? ― 雨水溶解岩石,又讓它重新凝固,漫長得令人難以想像的化學
鐘乳洞天花板上垂下來的石頭(鐘乳石),一般認為是雨水稍微溶解了石灰岩,溶解的成分在洞穴裡又變回固體,一點一點堆積而成。不需要任何背景知識,搭配計算為你說明。
為什麼會有季節? ― 原因不是距離,而是「傾角」
很多人以為夏天熱是因為地球靠近太陽,但實際上冬天反而更近。真正造就季節的,是地球的地軸傾角。這篇文章用計算來驗證日照強度的差異。
颱風眼為什麼是晴天? ― 平靜的背後是「旋轉的物理」
在暴風豪雨之中,一旦進入颱風眼,天空會突然放晴、四周安靜下來。這不是偶然,而是旋轉氣流的物理現象與下沉氣流造成的。本文用氣壓梯度計算風速來驗證。
降噪耳機為什麼能消除聲音? ― 「加上一個聲音,把聲音抵消」的巧思
降噪並不是把聲音擋在外面,而是加上一個反相的聲音來抵消噪音。本文說明波的疊加原理,並用計算確認處理所需的短暫時間,為什麼會限制降噪的效果。
咖啡滴乾了之後,為什麼會留下一圈圈的痕跡? ― 蒸發所產生的小小河流
灑出來的咖啡乾掉後,有時會留下中間淡、邊緣濃的圓環狀污漬。水滴邊緣蒸發得比較快,為了補充流失的水分,水流會把粒子帶到邊緣。這就是「咖啡環效應」,本文用計算來驗證它的原理。
電風扇的風,為什麼讓人覺得涼? ― 空氣並沒有變冷,身體卻感覺涼快
電風扇並沒有讓房間的空氣變冷。之所以感覺涼快,是因為風加速了汗水的蒸發,以及體表熱量的散失。我們用計算來確認汗水蒸發所帶走的熱量。
玻璃到底是固體,還是液體? ― 「緩慢流動」說,在時間上根本算不出來
古老的玻璃下方比較厚,常被說成是花了幾百年緩慢流動所致,但這個說法沒有根據。用黏性與彈性模數計算時間就會發現,需要的時間根本差了好幾個數量級。
森林為什麼比城市涼爽? ― 樹木就像流汗一樣,讓空氣降溫
森林比城市涼爽,不只是因為遮蔭。樹木不斷讓水分蒸發,靠氣化熱帶走周圍的熱量。我們用計算來確認一棵樹一天能帶走多少熱量。
螢火蟲為什麼發光卻不會發燙? ― 燈泡是「先發熱才能發光」
白熾燈泡不發熱就無法發光,用掉的電有95%變成了熱。螢火蟲的發光不會經過熱這個階段。發光和發熱,本來就是兩回事。
指南針為什麼會指向北方? ― 地球本身,就是一個巨大的磁鐵
指南針之所以指向北方,是因為地球本身就像一個巨大的磁鐵一樣運作。我們也會用計算來確認,地球磁力的強度其實遠比身邊常見的磁鐵微弱。
香蕉皮上的黑斑變多,為什麼會變甜? ― 後熟這個「定時裝置」的原理
香蕉皮上的黑色斑點(糖斑)增多時,通常是最甜的時候。本文說明果肉中的澱粉轉變成糖的「後熟」反應,如何在乙烯這種植物荷爾蒙的訊號下逐步進行。
冰箱為什麼會讓房間變熱? ― 它不是消滅熱,而是把熱搬出去
冰箱不是消滅熱的機器,而是把熱從裡面搬到外面的機器。只用加法和減法,說明為什麼開著冰箱門房間也不會變涼。
為什麼會暈車? ― 眼睛和耳朵深處,正在傳來不同的訊息
暈車不是因為體質差。耳朵深處偵測到實際的搖晃,傳來「正在動」的訊息;而看書的眼睛卻傳來「沒有在動」的訊息。這個矛盾,被認為是暈車的真正原因。
彩虹,為什麼總是 出現在太陽的另一邊?
彩虹不是掛在天空中的物體,而是你、太陽和雨滴之間形成的42度關係。為什麼靠近不了、為什麼一定要背對太陽才看得到,以及「七種顏色」為什麼不是物理問題,本文將一一說明。
為什麼腳踏車騎起來不會倒? ― 不是不倒,而是一直在修正
光靠陀螺效應無法解釋。快要倒的那一側,前輪會轉過去,讓車輪繞到重心正下方。速度賺到的不是距離,而是時間。附計算說明。
紅葉為什麼會變紅或變黃? ― 原本隱藏的顏色,與新製造的顏色
銀杏的黃葉,一般認為是夏天就藏在葉子裡的顏色逐漸顯現出來。相對地,楓樹等的紅葉,則是秋天才新製造出來的色素所造成。我們用計算來確認這兩種變色機制的差異。
山頂上的貝殼化石,是怎麼跑到那裡去的? ― 那裡曾經是海底
在高山山頂附近,有時會發現貝殼化石。明明離海那麼遠,為什麼會有貝殼?答案就在於:那塊岩石曾經是海底,而板塊碰撞讓大地隆起了。
星星為什麼能持續發光數十億年?
太陽並沒有在燃燒。原子核結合後質量微微變輕,減少的部分變成了能量。從零基礎開始,解說為什麼太陽能維持數十億年不變的亮度。
浴室的漩渦,在南半球 會反過來轉嗎?
半球不同、漩渦方向就會改變的說法並不正確。不過那股力本身確實存在,也決定了颱風的旋轉方向。我們用數字來確認「存在」和「發揮作用」之間的差別。
為什麼夜晚能聽到遠方的聲音? ― 不只是因為安靜
夜晚遠方的聲音能傳過來,並不只是因為安靜。而是地面變冷、上空反而較暖,聲音因此向下彎曲折返回來。本文連彎曲的半徑都算給你看。
為什麼用吸管能喝到飲料? ― 在吸的不是你,而是大氣
用吸管喝飲料時,並不是嘴巴的力量直接把液體拉上來。而是降低吸管內的氣壓,讓外面的大氣壓把液體往上推。本文用計算確認這個極限高度。
在冰上灑鹽, 為什麼會比0℃還冷?
鹽本身並不冷,但灑在冰上卻能讓溫度降到接近零下20℃。鹽做的不是「使其變冷」,而是「讓冰持續融化」。本文說明冬天的融雪劑和自製冰淇淋,其實是同一種現象。
鐵為什麼會生鏽? ― 不是鋁不會生鏽,而是它一瞬間就鏽完了
鋁並不是不會生鏽的金屬。它比鐵鏽得更劇烈,只是那層鏽保護了內部的金屬。鐵為什麼會一直鏽下去?從零基礎開始,附上計算過程解說。
塑膠為什麼不會回歸自然? ― 沒有生物把它當成食物
塑膠會留下來,不是因為它堅固。而是分解者的工具,形狀對不上。「碎裂」和「回歸自然」是兩回事,本文用計算證明給你看。
候鳥是怎麼 不迷路的?
鳥類會同時運用太陽、星星、地球磁場等多種線索。而牠們究竟如何感應磁場,至今仍未解開。鳥或許是「看見」磁場的。
手機的地圖,為什麼知道自己的 位置?
手機並沒有發出電波。它只是聽取兩萬公里高空衛星廣播的時刻,再從電波抵達所花的時間換算出距離。而且如果不修正相對論效應,一天就會偏差11公里。
麵包為什麼會膨脹? ― 做出氣泡不難,難的是不讓它跑掉
酵母產生的二氧化碳,其實是所需量的5倍以上。做麵包真正困難的不是產生氣體,而是把它留住、不讓它跑掉。從零開始、附計算過程的解說。
保溫瓶為什麼可以 好幾個小時都不涼?
它不是把熱「關起來」。熱逃走的路只有3條,保溫瓶用3種不同的方法分別把它們堵住。真空擋住兩條,鏡面反彈剩下的那一條。
天冷會起雞皮疙瘩,為什麼? ― 而且,其實沒有用
雞皮疙瘩,是想把毛豎起來、製造空氣層來保溫身體的反射動作。只是人類幾乎沒有可以豎起的毛,這個反射只剩下動作被保留下來。本文也會說明感動時起雞皮疙瘩的原因。
天空為什麼是藍色, 夕陽卻是紅色的?
藍天與夕陽不是兩個不同的現象,而是同一個原因造成的正反兩面。因為空氣特別容易把藍光散射開來,所以白天看起來是藍色,傍晚則變成紅色。本文不需要任何先備知識即可閱讀。
橋梁和大樓為什麼風吹會晃 卻不會倒?
高樓大廈在風中搖晃是設計上的正常現象。1940年美國塔科馬海峽大橋的崩塌,多年來被當成「共振的經典案例」來教,但事實並非如此,是橋自己把搖晃養大的。
烤過的食物,為什麼 那麼香?
烤吐司、烤肉、咖啡、醬油。這些香氣其實都來自同一個化學反應。而這個反應,只要有水存在就絕對不會開始。本文說明「烤」與「煮」真正的差別。
溫泉為什麼是熱的? ― 地球本身,就是一座巨大的熱源
溫泉之所以熱,是因為地下水吸收了地球內部的熱,再回到地表。我們用地溫梯度來計算,地下水在多深的地方會變得多熱。
月亮為什麼總是同一面 朝著我們?
這不是巧合。地球的重力讓月球稍微變得細長,並不斷把那道凸起拉回原位。而現在,月球也正在對地球踩下同樣的煞車。
雲明明是水做的, 為什麼不會掉下來?
雲是由液態水的小水滴組成的,卻不會掉下來。其實它並不是「浮著」,只是以每秒1公分的速度非常緩慢地落下。本文將說明100萬個雲滴如何變成1個雨滴,完全不需要任何先備知識就能讀懂。
救護車的聲音,為什麼一經過 就變低了?
不是救護車在改變聲音。靠近中的音源會把波壓縮,遠離中的音源會把波拉長。靠同一個原理,人類也發現了宇宙正在膨脹。
飛機為什麼能飛? ― 教科書那套說法,其實是錯的
「機翼上表面路徑較長,所以空氣流得比較快」這種說法是錯的。機翼真正做的事,是把空氣往下折彎。靠著這個反作用力,飛機才浮得起來。
富士山上飯煮不熟, 壓力鍋卻能快速煮爛,為什麼?
「水在100℃沸騰」只是平地才成立的規則。沸點不是由水本身決定,而是由周圍施加的壓力決定。本文說明為什麼富士山上約88℃就會沸騰,壓力鍋裡卻要到約120℃才沸騰。
為什麼冰會浮在水面上? ― 大多數物質,都是沉下去的
大多數物質凝固後會收縮、變重而下沉。只有水,凍結後反而變大。原因是水分子呈V字形彎曲,只能朝固定方向互相牽手。這個唯一的例外,撐起了湖裡的生命。
都市為什麼比較熱? ― 白天差距小,晚上差距大
都市之所以熱,不是因為日照特別強,而是因為地面無法讓水分蒸發,加上夜晚被建築物包圍,熱無法散逸到天空。差距最大的時候不是白天,而是夜晚。
樹木為什麼能把水 吸到100公尺高?
幫浦受限於大氣壓,最多只能把水抽到10公尺高。但樹木卻能把水運到超過100公尺的高處。因為樹木不是「推」水上去,而是靠葉片蒸發產生的力量,從上方把水「拉」上去。
微波爐為什麼只會加熱 食物?
盤子不會變燙,但料理卻很熱。微波爐不是把熱送進去,而是讓食物裡的水自己產生熱。金屬會冒火花的原因,也能用同一套原理來解釋。
切洋蔥為什麼會流淚? ― 那股刺激,是被切開之後才產生的
刺激眼睛的成分,原本並不存在洋蔥裡面。材料和酵素分別收在不同的房間,一旦被切開,才會當場組裝出來。這是植物精巧的防禦機制。
自然的奇妙(66)
月亮為什麼不會掉到地球上? ― 其實它每秒都在墜落1.4毫米
蘋果會掉下來,月亮為什麼不會掉下來?來回答這個孩子常問的單純疑問。其實月亮每秒都在朝地球墜落約1.4毫米。透過互動圖與牛頓的計算,一起確認為什麼它始終不會撞上地球。
光是「波」,是怎麼發現的? ― 圓形影子的正中央,出現了不該有的光點
光是粒子還是波?200年前,一位反對波動說的數學家用計算提出質疑:「如果是波,圓形影子的正中央應該會發亮,這太荒謬了」。結果一做實驗,那個光點真的出現了。本文解說影子邊緣繞射的波如何在中心疊合,以及為什麼平時看不到這個現象。
黑洞真的是什麼都吸的「宇宙吸塵器」嗎? ― 就算太陽換成黑洞,地球仍會沿著相同軌道繼續運行
黑洞會把周圍的東西全部吸進去,這其實是誤解。如果太陽突然換成同等重量的黑洞,地球仍會沿著相同軌道繼續運行。只有靠近到幾公里以內時,黑洞才會變得特別。本文從引力與「橫向速度」來解釋原因。
為什麼霧裡會出現白色的虹? ― 水滴太小,7種顏色重疊在一起就變白了
秋天的早晨,霧裡有時會出現一道沒有顏色的白虹,叫做「霧虹」。霧的水滴只有雨滴的50分之1大,光以「波」的形式擴散開來,使7色的色帶變粗、彼此重疊,看起來就成了白色。
星星明明有顏色,為什麼夜空中的星星看起來幾乎都是白色? ― 顏色消失的地方,不是星星,而是你的眼睛裡
星星依照溫度會發出紅色或偏藍白色的光,但肉眼看到的卻幾乎都是白色。原因在於星光其實混合了彩虹的所有顏色,再加上光線太暗時,眼睛的「顏色感應器」無法運作。文中也會說明為什麼用雙筒望鏡觀察時能看到顏色。
沙丁魚和帶魚為什麼會發出銀色光芒? ― 魚不用金屬,也能做出鏡子
沙丁魚和帶魚的銀色,既不是色素,也不是金屬。那是把透明結晶的薄膜疊了幾十層做成的「鏡子」。本文用光的干涉來說明這面鏡子如何反射光線,以及這面鏡子為何能在海中讓魚的身形消失,並與人類的鏡子及其他生物做比較。
屎殼郎為什麼在漆黑的夜裡也能走直線? ― 這隻小蟲,是靠銀河來判斷方向的
屎殼郎即使在沒有月光的夜晚,也能把糞球滾得筆直逃走。線索是銀河那條明亮的光帶。本文透過天文館實驗,以及用計算說明「走直線」究竟有多划算。
冬天的日本海側,為什麼雷特別多? ― 「鰤魚雷」一出手就是一擊,從低矮的雲層直接落下
大家常以為雷是夏天才有的現象,但在北陸等日本海側地區,冬天反而是打雷最多的季節。原因在於雲裡產生電荷的「負10℃層」,冬天會下降到非常接近地面的高度。本文解說冬雷如何從低矮雲層毫無預警地落下,以及如何保護自己。
明明是白天,為什麼看得到月亮? ― 月亮待在白天天空與夜晚天空的時間,幾乎一樣長
月亮並不是只在夜晚才有。月亮每天升起的時間會晚約49分鐘,所以除了滿月和新月前後,白天的天空裡也常常掛著月亮。而且月面的亮度不輸給藍天,不像星星那樣會被淹沒。本文也會說明白天的月亮看起來偏白的原因。
大陸每年會移動多少? ― 夏威夷正以指甲生長的速度,接近日本
大陸和板塊,每年會以幾公分、差不多等於指甲生長速度的快慢移動著。一生加起來還不到一間房子的長度,但只要不停下來,日積月累就能跨越海洋。我們用乘法和除法,來確認夏威夷接近日本的速度,以及大西洋張開所花的年數。
秋天的夜空,為什麼亮星特別少? ― 秋夜裡,我們正朝著銀河的「外側」望去
冬天的夜空排著7顆一等星,秋夜的天空卻只有北落師門孤零零一顆。秋夜的天空之所以冷清,是因為我們朝向的方向,正好是穿出銀河系薄盤的方向。本文一併解說亮星為何集中在盤面上。
形狀不變、能一路前進的波,為什麼不會崩潰? ― 在運河邊,有位技師騎馬追著一道波浪
1834年,在蘇格蘭的運河邊,有位技師騎馬追著一座形狀不變、前進了好幾公里的水丘。「孤立波(孤子)」被確認之前,經歷了一段戲劇性的過程。本文用公式和動態圖,解釋為什麼波愈高愈快、卻不會向前崩潰。
「秋天太陽像吊桶落下」是真的嗎? ― 秋分前後,白天每天縮短2分鐘,黃昏也是全年最短
一到秋天就覺得天黑得特別快,這不是錯覺。秋分前後,東京的白天長度每天縮短約2分鐘,而日落到天黑之間的黃昏,也是全年最短的時候。用圖表和算式解說這兩個原因。
幾乎不下雨的沙漠裡,生物要從哪裡取得水分? ― 牠們從霧中流動的「空氣之河」裡,把水過濾出來
就算好幾年不下雨的沙漠,昆蟲和植物依然活著。水的來源,是從海上飄來的霧。無法落地的微小水粒,牠們把身體或葉子伸進風裡「過濾」出來。本文搭配集霧網的計算,一起解說這套機制。
中子星只要一茶匙就超過10億噸,是真的嗎? ― 這是重力把原子的「空隙」壓垮後形成的星體
中子星是一種比太陽還重、直徑卻只有20公里多一點的星體。之所以光是一茶匙就能超過10億噸重,是因為一般物質幾乎都是「空隙」構成的,而重力把這些空隙全部壓垮了。本文透過實際計算密度來驗證這件事。
地球的N極和S極真的會互換嗎? ― 千葉的地層崖壁,刻著77萬年前的「互換」紀錄
地球這個巨大磁石的方向,在歷史上已經南北互換過好幾百次。最近一次是在約77萬年前。本文從液態鐵的流動與「岩石的記憶」,解說為什麼會互換,以及我們是如何知道的。
地球為什麼是圓的? ― 一旦大到超過某個程度,岩石也擋不住自己的重量
地球、月亮、太陽都是圓的,但小行星糸川卻是花生形。差別在於「大小」。超過某個大小,岩石也會不敵自己的重量,慢慢變圓。我們用公式確認這個分界大約是直徑500~600公里。
中秋滿月為什麼不一定是圓的? ― 曆法決定的是日期,不是月亮的形狀
賞月的中秋之夜,有些年份滿月會晚一天才到。因為曆法定的是日期,不是月亮的形狀,而且月亮運行的速度也不是固定的。
水黽為什麼能立刻發現掉進水裡的蟲子? ― 牠用腳尖讀取水面的細微漣漪
水黽不用眼睛看,也能發現水裡掙扎的蟲子並立刻趕過去。線索是表面張力產生的細微漣漪。水面有個特性:波紋越細越快傳到,牠靠6隻腳來讀取這個訊息。
河水天天流進海裡,為什麼海不會滿出來? ― 海面每年會有超過1公尺的水蒸散到天空
全世界的河流不停地把水送進海裡,為什麼海面卻不會持續上升?答案是:海面每年會有超過1公尺的水「蒸發」進入天空。河水,其實是海借給天空的水又還回來而已。我們用實際的數字,來核對一下海水的帳本。
太陽發生大爆炸,地球會因此停電嗎? ― 史上最大的太陽風暴中,電報線竟自己動了起來
1859年史上最大的太陽風暴中,拔掉電池的電報線仍能通訊。1989年加拿大也曾因此大停電。本文從長電線如何變成「天線」的原理,解釋太陽爆炸為何只在地面的電線中產生電流。
把地球上所有的水集中成一顆球,會有多大? ― 直徑大約1400公里。若只算河川與湖泊的水,僅有56公里
地球表面有七成被水覆蓋。但把所有的水集中成一顆球,直徑大約只有1400公里,約是地球直徑的九分之一。若只算河川與湖泊的水,直徑更只有56公里。透過球體體積公式,來看看海洋「又廣又薄」的原因。
宇宙真的很冷嗎? ― 真空,是最不擅長奪走熱量的地方
到了宇宙會瞬間結凍,是真的嗎?真空中沒有能傳遞熱量的空氣,身體只能靠輻射慢慢散熱。向陽面可能超過100℃,太空衣真正頭痛的其實是「如何把熱排出去」。用保溫瓶的原理來解說。
「富士山戴上笠雲就會下雨」,為什麼會準? ― 看似靜止的雲中,濕潤的風正不斷穿過
富士山頂上掛上像斗笠的雲,不久後就會下雨。漁民與農民流傳下來的這個智慧,背後其實是高空吹來的濕潮強風。本文用圖解與公式,說明看起來靜止不動的雲,其實內部正有空氣不斷穿過。
鴨子游過後的水波,為什麼總是呈八字形展開? ― 展開的角度,即使速度改變,仍維持在約39度
鴨子在池塘裡游泳時,身後會展開八字形的水波。這個開展角度大約是39度,不論鴨子游得快或慢都不會改變。本文從水面波的傳遞方式,解釋這個與速度無關的原因。
貝殼內側和粉筆成分相同,為什麼卻不容易破? ― 貝類讓裂縫「繞道而行」
鮑魚或珍珠貝內側那層閃著虹彩的珍珠層,幾乎95%都是和粉筆相同的碳酸鈣。但要打破它所需的能量,卻是同成分結晶的1000倍以上。本文用動態圖與計算,解說貝類如何把薄板「砌磚式」堆疊,讓裂縫被迫繞路的機制。
空氣中的二氧化碳,為什麼每年5月最多? ― 有人在夏威夷的山頂上,持續測量著地球的「呼吸」
空氣中的二氧化碳,每年5月左右最多,10月左右最少。這是北半球的森林夏天吸收、冬天吐出的「地球的呼吸」。本文透過最早在夏威夷山頂測出這個現象的研究者凱林的故事來解說。
水真的會排斥磁鐵嗎? ― 在強力磁鐵上方,活生生的青蛙浮了起來
水會用極微弱的力量試圖逃離磁鐵。平常這股力量敵不過地球重力,我們根本察覺不到。但在強度是冰箱磁鐵數千倍的磁鐵面前,一隻由水構成的活青蛙竟然浮了起來。本文說明反磁性的原理,以及讓它浮起來所需的磁場強度。
地球內部為什麼過了46億年還不冷卻? ― 一半的熱量,現在仍在岩石中誕生
地球內部很熱,常被認為只是「誕生時的餘熱還沒散去」。其實地表散出的熱量,大約一半是現在這一刻,岩石中的鈾和釷仍在持續產生的。日本地下捕捉到的「中子微粒」證實了這一點。
跳蚤為什麼能跳到自己身體好幾十倍高的地方? ― 其實跳蚤、蝗蟲、人類能跳的高度,幾乎都一樣
跳蚤能跳到體長約90倍的高度,常被這麼說。但如果只比較實際高度,跳蚤、蝗蟲、人類幾乎都在數十公分左右,差不多高。這篇文章用圖解和公式,輕鬆說明為什麼跳躍高度不會因體型而改變,以及小小的身體為什麼不是靠肌肉、而是靠「彈簧」來跳躍。
山可以長到多高? ― 攔住它的,是岩石本身的強度
地球上最高的山約8848公尺。沒有更高的山,並不是偶然。山會靠自己的重量把腳下的岩石壓垮,而且整座山還會沈入地面本身。在重力較弱的火星上,這個極限可以拉高到將近3倍。
太空站裡身體會飄起來, 是因為沒有重力嗎? ― 其實還承受著地表九成的重力,只是一直在墜落
太空人飄浮的畫面常被解釋成「因為沒有重力」,但在高度400公里處,重力仍有地表的九成左右。他們不是逃離了重力,而是連同太空站一起,不斷地墜落。以下用計算和圖解說明。
一朵雲有多重? ― 就算是一小朵棉花雲,也裝著100頭大象份量的水
據說天上飄著的一朵棉花雲,大約裝著500噸的水。它之所以不會掉下來,是因為同一地點的空氣重量約是雲水的2000倍。本文用1立方公尺的箱子來計算雲的重量。
海浪能長到多高? ― 高度一旦超過波長的七分之一,波浪就會自己崩潰
海浪有個上限,高度無法無限增加。當高度超過波長的七分之一,波浪就會自己往前崩潰。在淺水區,水深本身就是波高的天花板。
青蛙為什麼結凍後還能活過來? ― 只在細胞「外面」結冰,再用糖分阻止結凍過頭
冷凍過的草莓解凍後會爛糊糊的,但北美的林蛙即使體內超過六成的水分結凍,到了春天解凍後依然能活蹦亂跳。本文用凝固點下降的公式,解析牠們只在細胞外結冰、並用糖分阻止「凍過頭」的機制。
亞馬遜森林真的是「地球之肺」嗎? ― 森林會製造氧氣,但自己也用掉差不多的量
「亞馬遜製造了地球兩成的氧氣」是真的嗎?成熟的森林,製造的氧氣幾乎全被自己的呼吸與落葉分解用掉。即使把全世界的植物燒光,空氣中的氧氣也只會減少0.1%。本文解說這個計算,以及森林真正重要的理由。
仙人掌為什麼不澆水也不會枯死? ― 呼吸這件事,只在夜裡進行
仙人掌為什麼能撐過好幾週不澆水?白天緊閉葉片上的氣孔(空氣的出入口)以保住水分,夜裡才把二氧化碳以酸的形式儲存起來——這種與一般植物顛倒過來的機制,用淺顯的說法為你解說。
蜘蛛沒有翅膀,為什麼能飛上天? ― 把蜘蛛絲往上拉的,或許不只是風,還有「天空中的電」
小蜘蛛會吐出蜘蛛絲飛上天,有時甚至被帶到離海岸100公里遠的海面上。原因不只是風,2018年的實驗顯示,晴天空中存在的「電位坡度」似乎也把蜘蛛絲往上拉。
照到地球的太陽光,有多少能量? ― 1小時的光量,就能追上人類1年的用量
晴天的白天,照在地面1平方公尺的太陽光,等於一台電熱水壺的功率。把整個地球加起來,光是1小時的光量,就幾乎等於人類1年用掉的能量。用計算來驗證。
光速是怎麼被第一次測出來的? ― 木星的衛星,比預定時間晚了現身
350年前,人們曾以為光是瞬間到達的。丹麥天文學家羅默發現木星的衛星埃歐總是比預定時間晚出現,因而確認光是有速度的。本文用動態圖表與計算來驗證這個道理。
楓樹的種子,為什麼會一邊旋轉一邊飄落? ― 旋轉時,小小的翅膀會變成「大圓」
秋天,楓樹下旋轉飄落的帶翅種子。旋轉讓翅膀畫出一個大圓,加上翅膀前緣貼附的渦流強力抓住空氣,所以種子落得很慢,能被風帶到遠方。本文用公式估算下墜的速度。
桂花的香氣,為什麼總在「某天早上突然」聞到? ― 鼻子傳達的不是氣味的量,而是「變化」
秋天的某個早晨,一走出玄關就被桂花的甜香包圍,讓人吃驚。本文用圖解與計算,說明整條街的樹為何幾乎同時開花,以及鼻子只對氣味的「轉變瞬間」特別敏感的原因。
河裡的石頭,為什麼是圓的? ― 被磨掉的,是最突出的稜角
河灘上的石頭,每一顆都磨掉了稜角,變得圓滑。在山裡本來稜角分明的石頭,滾動的過程中,稜角先被磨掉,旅程越長就變得越圓。連為什麼下游的石頭越小越圓,本文都用圖解輕鬆說明。
隕石從天而降這件事, 古代學者為什麼不相信? ― 決定性關鍵,是村民的證詞和石頭裡的金屬
石頭從天上掉下來的說法,直到18世紀末仍被許多學者當成迷信而否定。改變這個看法的,是分析石頭內部金屬成分的化學分析,以及1803年在法國一座村莊進行的實地調查。
颱風為什麼會 在接近日本時突然轉向東邊?
颱風的路徑,為什麼在北上之後會突然向東折?颱風本身無法自己前進,而是被周圍的風帶著走。從太平洋高氣壓邊緣的氣流,以及高空的西風帶這兩股氣流,來解讀那條弓形路徑的秘密。
在海面上灑油,真的能讓怒濤平靜下來嗎? ― 船員的傳說只對了一半
古時候的船員相傳,在暴風雨的海上灑油可以讓波浪平靜下來。這是真的嗎?油膜消除的其實是「漣漪」,奪走了風抓住波浪的「把手」,但對大浪卻不管用。本文搭配富蘭克林的池塘實驗來說明箇中原理。
蚊子被比自己重的雨滴打到,為什麼還沒事? ― 因為太輕,反而是雨滴會被拖慢
重量是蚊子好幾倍到好幾十倍的雨滴打在身上,蚊子卻不會死,還能繼續飛。祕密不在於堅固,而在於「輕」。雨滴幾乎不會減速,所以推力也很小,這篇用圖解和簡單計算說明原理。
切開並打磨鐵質隕石,為什麼會出現網格狀的花紋? ― 這是以每百萬年約100℃,地表無法重現的緩慢速度冷卻下來的痕跡
用酸清洗鐵質隕石的切面,會浮現出斜向交錯的帶狀花紋。這是在小行星中心,以每百萬年約100℃這種地表無法重現的緩慢速度冷卻下來的痕跡。本文將解說岩石外殼的隔熱效果,以及鎳原子在堅硬金屬中緩慢移動的機制。
同樣是下雨,為什麼市區的馬路一下子就變成河流? ― 沒有土壤的地面,1小時內會讓100座泳池的水無處可去
同樣是每小時50毫米的雨,樹林和市區流出的水量卻相差4倍以上。我們實際用數字算算看,地面到底能吸收多少水。
橡實為什麼會有豐收年與歉收年? ― 整片森林的樹木,像是說好了一樣一起結實
橡實有時候一年結實累累,有時候幾乎結不出果,這是為什麼呢?本文用淺顯的說法,解說整片森林的樹木一起結實的「豐年」機制。
指南針的北,為什麼和地圖的北不一樣? ― 在山裡,每走1公里就會橫向偏移約100公尺
登山或測量的人,會先在地圖上畫一條斜線,叫做「磁北線」。因為指南針指的北,在日本比地圖的北偏西5~10度左右。這篇文章說明這個偏差從何而來,以及走多遠、會橫向偏移多少。
候鳥為什麼不吃不喝也能連續飛行超過一萬公里? ― 燃料是體重近一半的脂肪
斑尾鷸從阿拉斯加飛到紐西蘭,全程約一萬一千公里,中途不落地,只需8天左右。牠的燃料是體重近一半的脂肪。本文解說用糖類儲存同樣能量會重達體重4倍以上的原因,以及只靠一顆燈泡的功率就能持續飛行的機制。
明亮的房間和外面的陽光下,為什麼感覺一樣亮? ― 眼睛把200倍的差距,縮小成約6倍
晴朗的戶外和開著燈的房間,眼睛看起來都「差不多亮」,但實際亮度卻相差200倍。本文解說眼睛如何縮小這個差距,以及因此帶來的生活困擾。
啄木鳥每天啄木頭,為什麼頭不會受傷? ― 牠的頭並沒有吸收衝擊
啄木鳥一天要敲木頭好幾千次。若是人類以同樣的力道撞擊,早就腦震盪了。牠們能承受下來,不是因為頭裡有緩衝墊,而是因為把頭當成堅硬的槌子使用,加上腦又小又輕。
佔空氣1%的氬氣, 為什麼超過百年都沒被發現? ― 因為氮氣的重量差了0.5%
我們呼吸的空氣中,約1%是一種叫氬氣的氣體。含量是二氧化碳的20倍以上,卻遲至1894年才被發現。因為它幾乎不與任何物質反應,逃過了化學檢驗,直到有人發現氮氣的重量少了0.5%才被找出來。
冰河明明是堅硬的冰,為什麼會像河流一樣流動? ― 被壓迫的冰,會緩慢地改變形狀
冰河是硬邦邦的一大塊冰,卻會一點一點地往山谷下移動。因為深處的冰被自身重量壓迫,緩慢地改變形狀而流動。從表面裂開形成冰隙的原因開始,用圖解簡單說明。
日落最早的一天,其實不是冬至? ― 白天變短,跟天黑得快,是兩回事
一年裡白天最短的一天是冬至。但東京日落最早的一天,其實是冬至前半個月左右的12月上旬。日出最晚的一天,則要等到過完年才出現。造成這個落差的,是每天都稍微延後一點的「正午」。
快下雨的雲,為什麼看起來是黑色的? ― 顏料,哪裡都沒有加
白雲和黑雲,裡面其實是同樣的水滴。決定顏色的,是雲的厚度,以及光線穿過雲層所走的路徑長短。
把石頭丟進池塘,為什麼會冒出一圈圈圓形的水紋? ― 動的不是水,而是「搖晃」本身
把石頭丟進池塘,為什麼會冒出漂亮的圓形水紋?水面朝任何方向傳遞搖晃的速度都相同、真正向外前進的不是水而是搖晃本身、水紋會變成好幾圈的原因,都用圖解和簡單計算來說明。
漩渦為什麼會在海的正中央形成? ― 兩片海「高度差」,造出了如河流般的水流
在鳴門海峽等地看到的漩渦,是因為狹窄海峽兩側漲退潮的時刻不同,海面高度出現落差而產生的。從快速水流與緩慢水流的交界處為何會捲成漩渦說起,用圖解淺顯地解說。
蜜蜂為什麼能打倒比自己大的虎頭蜂? ― 不靠螫針,而是用體熱把敵人「蒸熟」
日本蜜蜂會用數百隻工蜂把來襲的大虎頭蜂團團圍住,靠體溫把中心加熱到約46℃來打倒對方。本文解說虎頭蜂能忍受的溫度和蜜蜂能忍受的溫度之間,僅僅幾℃的差距,如何成為致勝關鍵。
鑽石和鉛筆芯明明都是碳,硬度為什麼差這麼多? ― 地下150公里的壓力,把原子重新排列了
鉛筆芯裡的石墨和寶石級的鑽石,兩者都只由碳組成。差別在於原子的連接方式,以及形成時的壓力。在地下大約150公里深處,指尖大小的面積要承受相當於10頭大象的重量,碳就在這樣的世界裡被重新排列成鑽石。
森林的落葉,為什麼不會愈堆愈高? ― 不是消失了,大部分是變成氣體回到空中
森林每年都會累積大量落葉,但落葉層的厚度卻總是維持在幾公分。土壤裡的小生物與菌類把葉子分解掉,大部分的重量會變成氣體回到空中。
鮭魚為什麼能回到出生的河川? ― 氣味的記憶,與地球這張「地圖」
鮭魚在海裡旅行數千公里後,會回到自己出生的河川。科學家認為,牠們在外海是靠地球磁場掌握大致方向,靠近岸邊後,則靠幼魚時期記住的河水氣味,找到自己的河川。本文用圖解淺顯說明。
打雷多的年份稻米會豐收,是真的嗎? ― 日文「稻妻」這個名字裡,藏著把空氣變成肥料的化學
自古以來就有「秋天雷多,稻米豐收」的說法。雷確實會把空氣中的氮轉變成肥料的形式。但只要算一算量,就會發現大約只有稻田所需氮量的千分之一。從「稻妻」(日文對閃電的稱呼)這個名字的由來,到空氣變肥料的原理,用圖解與計算一一拆解。
農民為什麼在快要結霜的夜晚,反而往田裡灑水? ― 不是為了不讓它結冰,而是為了讓它結冰
預報說當晚會結霜時,農民反而讓灑水器整夜對著田裡噴水。這不是為了不讓它結冰,而是為了讓它結冰。水結成冰時放出的熱,能把嫩芽的溫度固定在0℃。
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