請教專家 - 2007年7月

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為什麼我家冰箱裡的冰塊經常長出石筍狀尖刺?

斯蒂芬·莫里斯,多倫多大學實驗非線性物理學教授,解釋說

水是少數幾種在冷凍時會膨脹的材料之一。如果液態水錶面形成一層帶有小孔的冰殼,冰殼會困住下方的液體,使其沒有膨脹的空間。因此,當水開始凝固時,它會被迫從小孔中向上湧出,並開始在邊緣凍結,形成一個空心的、充滿水的“冰刺”。


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水不斷地向上移動到冰刺中——形成一個小的自制煙囪,它可以長得又長又細。最終所有的水都會凍結,冰刺變得堅固。將水向上提升到冰刺中所需的能量完全來自其在冷凍過程中的膨脹。

一些控制水結晶方式的特性在冰刺形成過程中起著重要作用。冰晶的形狀取決於冷卻速度,因此也取決於空氣溫度。冰刺通常在環境空氣遠低於零攝氏度時形成,從而實現快速冷凍——大約零下 7 攝氏度(約 20 華氏度)的氣溫被認為是最佳的。

快速冷卻有利於片狀晶體的形成,這些晶體迅速覆蓋表面。一些片狀晶體像窗簾一樣垂入水中;這些微晶傾向於以 60 度角相互連線,很像雪花的臂膀。它們通常在表面留下三角形的孔洞;因此,冰刺通常具有三角形的底座。冰刺的側面有時是冰凍水錶面下方預先存在的微晶的延續,這解釋了為什麼一些冰刺可以從表面以陡峭的角度延伸出來。如果水在完全凍結之前恰好流出,也可能形成看起來像小倒金字塔或“冰花瓶”的結構。

純淨水最適合冰刺的形成,垂直側面的容器,例如冰箱中的冰格,也是如此。人們經常在留在室外的鳥浴盆或寵物飲水盆中看到冰刺,它們有時也會在落下的冰丸上形成。但是,它們在自然界其他地方形成的情況相當罕見——例如在湖泊或池塘的表面——因為通常天然水體的冷卻速度不夠快。

飯後睡覺會導致體重增加嗎?

傑里米·巴恩斯,東南密蘇里州立大學健康促進學教授,提供以下解答

雖然在不瞭解個人生活方式和遺傳所有方面的情況下很難提供明確的答案,但確實,快步行走而不是午睡會燃燒更多的卡路里。

然而,睡覺本身並不是體重增加的原因。體重控制的真正關鍵是能量平衡(卡路里或能量攝入與消耗之間的平衡),這需要長期堅持。當能量攝入大於能量消耗時,身體會將多餘的能量以脂肪的形式儲存起來,而不管這些額外的卡路里來自脂肪、碳水化合物、蛋白質甚至酒精。不幸的是,在美國,許多人消耗的能量超過了身體的使用量,這導致了流行病般的局面,大約三分之一的成年人現在肥胖,另有三分之一超重。

有趣的是,最近的一些研究表明,睡眠不足或睡眠時間有限的人實際上可能比睡眠充足的人更容易體重增加。但這種現象似乎主要歸因於睡眠觸發的激素水平變化,這些激素會增加或減少飢餓感,而不是睡眠本身的時長。

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大眾科學 Magazine Vol 297 Issue 1本文最初以“請教專家”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 297 卷第 1 期 (), p. 102
doi:10.1038/scientificamerican0707-102
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