怎么在剥鸡蛋斗法中立于不败之地？| No.254

小鸡丝巾 2021-04-24

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相信大家都记得
《天下无贼》里剥鸡蛋的斗法名场面
摇玻璃杯剥鸡蛋
单手旋转剥生鸡蛋
我：教练我想学剥鸡蛋！
教练：今天就教你！

Q1

为什么叠放久了的衣物会有褶皱且久久不能消去？

by Appoint

答：
这主要是氢键在搞鬼。相对而言，棉、麻等植物纤维制成的衣服会比化纤、羊毛、蚕丝制成的衣物更容易褶皱。棉、麻的主要成分是纤维素，而纤维素是由成百上千个葡萄糖单元构成的长链聚合物。
纤维素 | 来源：Wikipedia
可以看到，纤维素上有很多的羟基，使得不同的纤维素之间很容易形成氢键。而氢键是一种介于范德华力和化学键之间的分子间作用力，比较容易形成，也比较容易断裂。当衣物叠放久了，纤维素之间的氢键就会断裂形成新的氢键，改变原来的结构，没法轻易回到原来的样子，宏观上看起来就是衣服皱了。
洗衣服不仅会扭曲衣服，而且水分子也会让纤维素之间的氢键重构。所以衣服洗完后要抖平整再晾，不然就会皱得没法穿出门。如果衣服实在是太皱了，可以用电熨斗来熨平。这其实是利用电熨斗产生的热蒸汽破坏纤维素之间的氢键，让纤维素恢复“阵型”后再重新生成氢键，从而让衣服恢复平整。
by 重光
Q.E.D.

Q2

为什么有的鸡蛋好剥，有的不好剥呢？

by 艾城

答：
首先我们来看一下鸡蛋的剖面结构图，不难看出，与蛋白紧密相连的结构是内壳膜。
鸡蛋剖面图 | 图源：wikipedia
我们平时剥煮鸡蛋时所谓的“不好剥”，其实就是鸡蛋被煮熟后蛋白与内壳膜的连接仍旧紧密，因此剥壳时会连壳带蛋白一起被剥下。那么要想让鸡蛋变得“好剥”，就得想办法让蛋白与内壳膜分离。那使用什么方法可以做到呢？
科学家曾研究过影响剥壳难易程度的诸多因素，发现在相同的条件下煮熟刚生产的鸡蛋和放置一段时间后的鸡蛋，刚生产的鸡蛋更加难剥。那放置的这段时间中鸡蛋发生了什么样的变化呢？通过检测蛋清的pH值，发现随着放置时间的增加，蛋清的pH值会稳步上升（由最初约7.5到最终约9.2），而且放置环境的温度对pH值的上升速率有影响，温度越高，蛋清pH值上升得越快（在4℃的放置环境下需要6天，蛋清的pH值从7.4上升至9.0；在24℃的放置环境下只需3天，蛋清的pH值就从7.7上升至9.2）。那是什么原因导致蛋清pH值的上升呢？一种解释是刚生产的鸡蛋中，蛋清里含有较多代谢产生的二氧化碳，故而pH值较低。并且此时蛋液填充相对饱满，使得蛋清与内壳膜接触紧密从而粘附力较大。随着放置时间的增加，鸡蛋内的二氧化碳逐渐扩散至鸡蛋外并且伴随部分水分的散失，蛋清的pH值升高，同时导致蛋液的填充不如之前饱满，蛋清与内壳膜的接触不再那么紧密，使得粘附力降低。粘附力降低了，煮熟后的鸡蛋自然就“好剥”了。（不禁怀疑食堂早点卖的鸡蛋那么好剥是不是已经放了好久了）
图源：科学奇异果
到这里可能有的同学会问了，难道就必须要放个几天才能吃到“好剥”的鸡蛋吗？其实可能也没必要。因为我们已经知道增强蛋清的碱性就能在一定程度上使鸡蛋“好剥”，那么如果在煮鸡蛋的过程增大外界环境的pH值，或许也能起到差不多的效果。所以首先想到的是在煮鸡蛋的水中加一些小苏打，这样就能使水呈弱碱性，增大鸡蛋内的二氧化碳的扩散速率。
在鸡蛋被煮熟之后，为了能尽快享用，我们一般会用冷水浸泡以快速降温，其实这步操作同时也有分离蛋白和内壳膜的功能，其原因可能源于蛋白和内壳膜的热膨胀系数不同。
综上所述，想得到一个“好剥”的鸡蛋，可以把上述方法结合使用，说不定煮出来鸡蛋的壳都能不剥自落
参考资料：
[1] 鸡蛋
[2] Goodrum J W, Britton W M, Davis J B. Effect of storage conditions on albumen pH and subsequent hard-cooked egg peelability and albumen shear strength[J]. Poultry Science, 1989, 68(9): 1226-1231.
[3] Hale Jr K K, Britton W M. Peeling hard cooked eggs by rapid cooling and reheating[J]. Poultry Science, 1974, 53(3): 1069-1077.
by Eric
Q.E.D.

Q3

食醋泡五毛硬币的时候为什么会有一段时间硬币表面呈浅粉红色？

by 徐海龟

答：
这其实是铜表面的物质与食醋中的醋酸发生化学反应的结果。
先为了方便观察，我们选取的食醋需要是无色的白醋。五角硬币的材质是钢芯镀铜合金，硬币表面是由铜锌合金（即铜合金）组成，在硬币流通过程中，五角硬币长时间暴露于空气中，表面的铜、锌被逐渐氧化为氧化铜与氧化锌。
当我们将硬币放入白醋中后，硬币表面的氧化膜首先与白醋中的醋酸电离出的氢离子发生反应，生成Cu²⁺离子、Zn²⁺离子和水分子。锌离子在溶液中是无色的，而Cu²⁺离子在溶液中则是蓝色的（主要是水合铜离子的颜色）。同时，当硬币表面的氧化膜与醋酸反应被消除后，被覆盖在下面的铜锌合金中的锌开始与醋酸反应。我们知道，铜锌合金又称为黄铜，表现为黄色，这也是五角硬币呈现黄色的原因。当合金中的锌与醋酸反应逐渐减少后，合金会逐渐表现为铜的颜色——红色。而由于Cu的活泼性弱于H，铜不会与氢离子反应。
实际的结果是两种化学反应效果的叠加：随着氧化物与氢离子反应的进行，硬币表面附近铜离子浓度升高，溶液的蓝色逐渐加深；同时，铜锌合金中的锌被消耗，硬币表面由黄色逐渐变为红色。硬币表面反射的红黄光穿过淡蓝色的溶液，再进入我们的眼睛，其实就相当于我们看到了某个红黄与蓝叠加色物质的反射光。由颜色的叠加原理我们知道，淡蓝色与红黄色叠加正好就是粉红色，因此在将五角硬币放入白醋中一段时间后，我们就会在硬币表面附近看到好看的浅粉红色。
食醋中搓洗五角硬币是一个很好的翻新硬币的方法，氧化层与氢离子反应脱落，灰扑扑的硬币就会重新变得金光闪闪。但是注意硬币不能在醋中浸泡过长时间，否则铜合金中的锌与酸反应脱落，硬币会变为红色。
最后，我们讨论的五角硬币实际上是中国人民银行在1999年和2005年发行的第五套五角硬币，最新的2019年版第五套五角硬币材质由钢芯镀铜合金改为钢芯镀镍，色泽也由金黄色变为镍白色。因为硬币材质发生了变化，我们之前的分析就无法简单的套用到新硬币上了。
参考资料：
[1] 铜合金列表
[2] 《中国人民银行就发行2019年版第五套人民币50元、20元、10元、1元纸币及1元、5角、1角硬币事宜答记者问》
[3] 镍
by Quesmark
Q.E.D.

Q4

既然加肥皂水可以让铜片下沉，那么加多少才能让轮船沉呢？

by 镜幻

答：
答案是只要水够深，多少都不会让轮船沉。让铜片能够浮在水上的力是表面张力。在空气和液体的界面附近，表面的一层液体分子由于蒸发，间距会比下方的分子大。而在一定的间距，分子之间的作用力表现为相互吸引，这就是表面张力。这样，表面的一层水分子就可以被看成是一层张紧的薄膜，可以托住轻轻放在上面的轻小物体。如果夏天的时候仔细观察池塘的水面，会发现水黾能够浮在水面上也是这样的原理（如图）。但是，肥皂水是一种表面活性剂，其主要成分(如硬脂酸钠)分子一头亲水一头疏水，会打破水表面已经张成薄膜的水分子之间的联系，降低原本的表面张力。当膜的强度被降低到一定程度，就会承受不住铜片的重力而使它沉到水底。而让轮船浮在水面上的力则主要是浮力，根据著名的阿基米德定律，浮力和轮船排开水的重力相等。因此只要轮船入水的深度足够，浮力就能稳稳地托住轮船。而轮船所受到的表面张力与浮力相比，则显得微不足道了。因此，加入肥皂水不能让轮船沉下去。不过，夏天快到了，也许可以抓一只水黾放在盆里试试肥皂水能不能让它沉下去哦。
图片来源：PD - Wikipedia english, CC BY-SA 3.0
by 放线菌
Q.E.D.

Q5

为什么用纸吸管喝可乐会有泡泡冒出来，而且是吸一口就冒一会儿的那种？by 自由翱翔

答：
看到这个问题，笔者不禁拿起手边的可乐大喝抿了一口。直接喝不香吗，用什么吸管？不过回到问题本身来。用纸吸管喝可乐会冒泡泡，其实是化学平衡在作怪。当二氧化碳(CO₂)溶于水时，在水中存在着如下的化学平衡：
根据国家标准，碳酸饮料中CO₂的含量应为正常状态的2倍以上。25℃，一个大气压下，1mL水可以溶解0.759mL CO₂。正常状态的2倍以上，就意味着1mL 水溶解1.518mL以上的CO₂。好家伙，溶解的CO₂比水的体积还大。由于CO₂很多，化学平衡使反应倾向于向右侧进行。当使用纸吸管时，由于纸会吸水，反应式左侧的水会减少，反应倾向于向左侧进行，就会释放出气体CO₂，形成气泡。
用纸吸管时常常感觉吸管泡软，也是因为纸吸水。那么为什么很多果汁店奶茶店都使用的纸质饮料杯，却没有出现这种现象？其实，纸吸管和纸杯常用的材质都是“卡纸淋膜纸”。这种纸符合食品使用条件，并且涂有PE膜，具有一定的防水性，常用在食品外包装上。纸吸管的防水性不如纸杯，其实与它的生产工艺有关。留心观察会发现，纸吸管的表面上有螺旋上升的条纹，这是因为纸吸管是用纸“卷”成的（不是吧这也能卷？）。表面上的这些条纹就是很多断面，这些断面就成了水分子入侵的突破口。尤其在吸食的过程中，水一遍遍在断面上来回冲刷，使得纸吸水更加严重。想要解决吸水问题，还需要从生产工艺上入手，这其中可能有技术、成本、市场等更多深层次的问题，这里不作讨论。
最后，碳酸饮料含糖量很高，可乐虽好，可不要贪杯哦~
参考资料：
[1]碳酸饮料
[2]卡纸淋膜纸
[3]CO₂在不同条件下的溶解度
by 老张
Q.E.D.

Q6

录音机是怎么实现将多个声音在同一时刻记录下来的？

by 水

答：
声音的本质是空气的振动，多个声源同时发声，经过空气传播反映在某一点处也还是空气的某种振动模式，反映在物理上则是这一点处的压强随时间变化。放置在声场（有声音传播的空间）中的薄膜可以感受到压力的变化，进而产生相同的振动，这就是接收声音的麦克风中膜片的作用。人耳中也有一层叫鼓膜的薄膜起到类似的作用，从而使人能够听到声音。
录音机根据原理不同可以分为很多种类，但是都可以归结成两种：模拟录音和数字录音。模拟录音是指用麦克风的膜片记录空气随时间变化的压力，进而将其转化为有相同变化模式的某种变量记录到介质上。例如，磁带式录音机就是通过将膜片振动转化为电流，再通过电磁铁将变化的电流转化成变化的磁场，从而在磁性记录材料中留下相应的磁性痕迹。更古老的一种方式是将声音的振动模式记录为黑胶唱片上的纹路。模拟记录的优点就是装置简单，缺点就是对于噪声的抵抗能力弱。另一种数字录音的方法则是对连续变化的压力进行取样，然后用离散的数字来代表每一点的压力大小。这样，需要记录的就是一串数字，而非连续变化的参数了。数字记录的优点就是抗干扰能力强，稳定性高，且以数字记录下的声音信号易于储存和处理。不足则是声音信号的保真程度非常依赖采样的频率和精确程度，越清晰的记录需要存储的数据量就越多。这就是为什么在从网上下载音乐时，不同清晰度的音频文件大小相差很大。
by 放线菌
Q.E.D.

Q7

烤火有感，在不考虑火龙卷的情况下，自然状态下火苗能窜多高？

by 朗道的十张卷子

答：
先给结论：火焰的高度近似正比于可燃物的大小。
燃烧过程中火焰的形态，是燃烧学（Combustion Science）的研究范畴。自然状态下的燃烧过程中，氧化剂通常是空气中的氧气。燃烧前，氧化剂和燃料是分开的，此后通过分子运动，两者混合并在一定区域内发生化学反应，发光放热，这样形成的火焰称为扩散火焰。
下面我们对扩散火焰建立一个简单的模型，假设有一个直径为的圆孔，气体燃料以的速率向上喷出，气体的运动粘滞系数为，当燃料与氧气的浓度达到适当比例时，燃料才开始燃烧。燃烧理论表明，此时火焰高度由下面的公式决定：
以上公式似乎表明，只要和足够大，也就是对流足够强，燃烧面积足够大，火焰就会足够高，真是如此吗？
实际上，有两个因素制约着火焰高度。首先，如果过大，气流将会从层流转变为湍流，此后提高火焰高度不会继续增加。其次，如果燃烧面积过大，在燃烧表面上方就会形成一个个独立的对流原胞，公式中的近似为单个对流原胞的尺度。因此，火焰高度存在理论上限。
当气流从层流转变为湍流时，，其中为系统的临界雷诺数，代入(1)得到：。可取为燃料的爆炸浓度下限，在常见的火情（如森林火灾）中，燃料为一氧化碳，其。当燃烧表面存在放热的不均匀性时，与不均匀性的尺度相当，可取（单个可燃物，例如树木的尺度），这样估算得到的火焰最大高度约为。
注[1]：当表面的放热相当均匀时，对流原胞的尺度由流体竖直方向的高度决定（Bénard convection cell），如果按这个尺度估计火焰的最大高度比大气层还要高（真正的“火光冲天”），此时限制火焰高度的实际上是燃料总量。
by 乐在心中
Q.E.D.