手指沾水擦干但是指纹识别还是失败，这是什么原因？| No.422 手指沾水擦干但是指纹识别还是失败，这是什么原因？| No.422原创 Frions 中科院物理所 2024-08-16 14:14:38收录于话题#问答经历过密码解锁和手势解锁后 真感慨指纹解锁是天才的创造 可惜遇到湿手油手经常失效 甚至擦干了还是这样 这是为什么呢问答导航 Q1 鸡蛋在母鸡体内有气室吗？
Q2 为什么弹簧是螺旋型的？ Q3 闪电为什么总是自上而下，有没有自下而上的闪电呢？ Q4 当一束光使电子发生了能级跃迁，原先的光子去哪儿了，消失了吗？ Q5 为什么有茶叶的水在转时茶叶会趋向中间而不是两边呢？ Q6 为什么塑料相比于其它物质，更容易起静电？ Q7 为什么会有空集？空集的存在有什么物理意义？ Q8 为什么有纹理的木擦了木蜡油之后会纹理变深，更容易被看到？
Q9 汽油前面的数字有什么含义吗？ Q10 冰袖是什么材料做的？为什么摸上去感觉很凉？ Q11 手指沾水擦干但是指纹识别还是识别失败，这是什么原因？ 左右滑动查看更多Q1鸡蛋在母鸡体内有气室吗？如有，填充的是什么气体，从何而来；若无，气室在什么时候开始充气？by 好奇宝宝答：鸡蛋在母鸡体内没有气室，气室是鸡蛋在产出后形成的。
由于环境温度往往低于鸡体内的温度（约41～42℃），热乎乎的鸡蛋产出后遇冷空气慢慢降温，在这个从热到冷的过程中蛋清和蛋黄收缩的幅度大，而蛋壳收缩的幅度小，因而在外卵壳膜和内卵壳膜之间形成了分离的空腔—气室。坚硬光滑的蛋壳上约有7000多个肉眼看不见的小孔，大多数分布在气室附近，环境中的空气通过这些小孔进入鸡蛋壳内部并贮存在气室里，供胚胎发育及未出壳的小鸡呼吸。
参考文献：探寻鸡蛋气室形成的秘密探寻鸡蛋气室形成的秘密by 小线Q.E.D.Q2为什么弹簧是螺旋型的？by Jerry答：生活中常见的弹簧大都是螺旋状的，这是因为与同等长度的直钢丝相比，做成螺旋形会降低倔强系数（劲度系数）。在相同的应力下，弹簧的形变量更大，容易压缩或者拉伸，钢丝形变量较小，会更容易被拉断或者产生永久形变现象。
弹簧弹性形变的能力让它成为一种常见的储能装置，生活中的不少物品，如弹夹、汽车、座椅等上面都能看见它的身影。除了螺旋形，弹簧还有杆状的、片状的、蝶形的等等，它们为了适用于不同的场合被做成不同的形状，不过原理都是差不多的。by SidQ.E.D.Q3闪电为什么总是自上而下，有没有自下而上的闪电呢？by 曾同学答：闪电并非总是自上而下发生，它实际上可以有多种方向。
通常我们观察到的闪电多为云地闪电，多是从云层向地面发展。这是因为云层中积累了大量的负电荷，而地面相对带正电。这种放电过程开始于云层向地面发送一个称为“先导”的电子通道，这个过程通常是由于云与地面之间的电势差驱动的，空气中的电场强度达到足以让空气电离的程度，从而形成通路。然而，确实存在自下而上的闪电，这被称为上行闪电（Upward Lightning）[1]。
这种现象发生在地面的突起物，如高楼、山峰或甚至特别设计的避雷针上，当这些地面上的结构感应到云层中的强电场时，可以触发一个从地面向上发展的先导。这种闪电通常在云层底部有较强的正电荷时发生，或者在雷暴云内部的电场条件特殊时。上行闪电相对较少见，但它证明了闪电的方向并不局限于自上而下，而是取决于电荷分布和放电路径的最小阻力。
参考资料： 闪电是怎么形成的?by 鱼非我Q.E.D.Q4在原子中，当一束光使电子发生了能级迁越，原先的光子去哪儿了，消失了吗？by 匿名答：是的，就是消失了。光子的能量在这里被电子吸收，而光子没有静止质量，因此只看这个过程的话光子数就是不守恒的，不过通常电子在激发态不稳定，还会再跃迁回基态，此时会把吸收的光子能量再释放出来。
需要注意的是，目前的物理认为电子内部没有内部结构，不能认为是电子吸收了一个光子后内部就多了一个光子，而是电子吸收了光子的能量，进而使得自己所处的状态发生了变化。by opzkQ.E.D.Q5为什么有茶叶的水在转时茶叶会趋向中间而不是两边呢？
(类似下图这样) by 匿名答：问题附图恭喜你和爱因斯坦想到一起了，这个现象就是由二次流（Secondary flow）引起的茶叶悖论（Tea leaf paradox），1926年，爱因斯坦在论文《河道蜿蜒的成因及拜尔定律》（The Cause of the Formation of Meanders in the Courses of Rivers and of the So-Called Baer's Law）中，首次用理论方法描述了它。
茶叶悖论 | 图源中二所B站视频号当我们用勺子搅动茶杯时，通常会认为茶叶会随着漩涡同步转动，并因离心力而贴近杯壁。然而实际上，由于液体和茶杯之间的摩擦，水杯中会出现下图中与旋转面垂直的一圈圈被称为二次流的水流。茶叶会被卷入这个环流中，并最终由于重力沉积到水杯底部中央。二次流示意图 | 图源网络仔细来说，当我们搅动茶杯中的水时，水会围绕中心做圆周运动。
由于水与杯底之间的摩擦力以及液体黏滞，杯底壁会阻碍水的流动，使得杯底壁处的旋转速度减小，因此，杯底壁处的流速小于上方杯中心的流速。根据伯努利原理，流速较低的杯壁处水的压强大于中心处的压强，这导致杯底的水从杯壁向中心流动。
茶叶悖论示意图（底部是另一种液体的话这个现象会更明显噢） | 图源网络此外，由于液体压强与深度成正比，在底部液体中，杯边缘处的深度大于杯中心部分的深度，杯边缘的水因此会向杯中心运动。同时，在液面处，由于受到的摩擦较小，水在较大的离心力作用下，从中心向四周杯壁流动，但是茶叶由于重力作用无法被水流带着继续上升所以就停留在中间啦。
举一反三，利用这个原理，今后我们在打汤和吃火锅的时候只需要在汤底里疯狂搅拌，然后在中间从下往上捞起，就可以美美获得一满勺大快朵颐啦。参考资料：不会煮汤圆的物理学家不是好厨师 | 正经玩你泡茶时没发现什么不对劲吗？爱因斯坦用它发了篇论文并开创了一个学科by 青春小花??Q.E.D.Q6为什么塑料相比于其它物质，更容易起静电，更容易发生指尖放电？
比如，垃圾袋的正常展开过程中，能感觉到其对皮肤的吸附效果；各种产品广泛使用的透明包装膜，在拆开的过程中也极易吸附在身上；曾在工作中接触过许多镜子，镜子表面严密地披覆了透明塑料薄膜，将薄膜整张撕下来时，总是被静电打到（发生的概率极大，撕得越快，发生的概率越大），玻璃的面积很大，在一平方米左右。即使是将两块合在一起的镜子分开（两块镜子之间有塑料薄膜），也极易遭到静电点击。
by 匿名答：塑料制品容易起静电的主要原因就是它不导电。不导电怎么还会有电呢？是因为导体既然导电，那么其上面的不平衡的电荷就很容易导走，不容易积累电荷形成静电，只会在有其他电流（电压）源的时候用“动电”电你。因此像塑料这种高分子材料的表面，一旦由于摩擦形成了电荷转移，导致正负电荷分离形成静电，就容易积累，积累到一定程度人体在摸的时候就会感受到。
因此我们中学做摩擦生电的实验的时候，都是用玻璃棒和橡胶棒（都是绝缘体）做的。撕塑料薄膜时更容易起静电的原因是这个过程中产生了摩擦，在撕的同时可能会导致正负电荷在撕开的两个表面分离，从而产生静电。by opzkQ.E.D.Q7为什么会有空集？空集的存在有什么物理意义？by 世界上的五棵树答：空集的意义其实和0的意义是相似的。
0在数学上的意义很独特，0不光意味着“没有”，在很多场合，它的性质多样，在数论中，它不属于自然数，但在集合论和计算机科学中，数字0属于自然数，且处于重要地位。数字“0”的出现，使数学的发展向前跨了一大步。空集的存在与0是可以类比的。首先，空集必须存在，这是保证数学逻辑严谨的前提。在数学中，集合论是一个基本的理论框架，而空集是集合论的基础之一。
它提供了一种表示“无”或“没有”的方式，它还有一些特殊性质，例如：空集是任何集合的子集。这意味着空集是所有集合的公共元素，它在构建集合的层次结构中起到了基础作用。其次，在函数和映射的定义中，空集可以作为定义域或值域的一部分。例如，一个一元二次方程的根的判别式<0时，其实数根组成的集合就是空集。by opzkQ.E.D.Q8为什么有纹理的木擦了木蜡油之后会纹理变深，更容易被看到？
比如说金丝楠木，紫光檀之类的？by 流星梦答：这个问题和衣服沾水后为什么颜色更深有些相似。木蜡油的分子比较小，因此具有良好的渗透性，能够深入木材表层渗入深层的木材纤维。木蜡油不会在木材表面形成封闭的漆膜，而是与木材纤维紧密结合。纤维被包裹了一层油膜，光需要先通过这层油膜折射后才遇到纤维发生吸收和反射。
不过反射光不一定能离开油膜，可能发生全反射，因此眼睛看到的反射光的数量少了，颜色就深了，从而增强了纹理的视觉效果。当然，还有另外一种理论解释反驳上面的全反射理论：前向散射理论。当光遇到远比自己波长小的微粒时发生瑞利散射，当光遇到比波长大的微粒时发生米氏散射。
光射到结合油膜后的纤维上时符合米氏散射的条件，米氏散射向前的光多于向后的光，因此相比没有涂抹蜡油的木头，光在涂抹后的木头中钻得更深，进入眼睛的光就更少了，那么纹理就变清晰（深）了。根据1988年Lekner和Dorf的研究，全反射理论适用于固体表面有一层油膜，前向散射理论更适用于固体颗粒内有油时，因此此例中第二种解释可能更加符合实际。by opzkQ.E.D.Q9汽油前面的数字有什么含义吗？
（如92号汽油、95号汽油）by 柒拾一答：汽油的抗爆性指汽油在气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，抗爆性越好，汽油燃烧越稳定，对发动机的损伤也越小。汽油标号又称辛烷值，它代表了汽油抗爆能力的优劣，标号越高，抗爆性越好。汽油中有两种特殊的成分，一种叫异辛烷，它的抗爆性特别好，另一种叫正庚烷，它的抗爆性极差，于是人们就用它们俩来测定汽油标号。
比如想要测定92号汽油，就用92%的异辛烷和8%的正庚烷混合在一起制成92号的标准油。如果成品油和标准油的抗爆能力一样，那么成品油的标号就是92号。参考文献：汽油标号的秘密by SidQ.E.D.Q10冰袖是什么材料做的？为什么摸上去感觉很凉？by 言出法随答：冰袖主要由一种名为冰丝的材料制成。
冰丝面料也并不是由单一材料制成，而是由一种粘胶纤维（又称“人造丝”）和锦纶（聚酰胺纤维）、涤纶（聚酯纤维）等化学纤维以及其他材料以不同的组合混纺制成的。冰丝面料的吸湿性、透气性比普通粘胶纤维要好，同时具有较好的保型性和悬垂性。这使得冰丝材质具备了光滑凉爽、透气性和抗静电的特性。我们触摸所感受到的凉感与材质的吸湿性和透气性密切相关。
援引专业的说法，国标GB/T 35263-2017《纺织品·接触瞬间凉感性能的检测和评价》将“接触瞬间凉感”定义为“皮肤与低于其温度的织物接触瞬间，引起皮肤表面热量快速流失、温度瞬间下降，再经过皮肤中感温神经末梢反映到大脑后形成的凉爽感觉”。由此可见，冰丝这种材质通过吸汗和透气来实现凉爽的感觉。
在特定条件下，如在空调环境中或经过冷藏后使用，冰袖的凉爽感会更加显著，因为它们能有效维持较低的温度，并通过面料中的中空纤维结构促进空气的循环。尽管冰袖本身并不主动降温，但其材质特性确保了在炎热天气下，与皮肤接触时能提供一定程度的舒适凉爽感，这也是为什么人们夏季在户外活动时偏爱使用冰袖的原因之一。参考资料：化工科普|冰丝为什么“冰”！
原来用了这种新材料by 鱼非我Q.E.D.Q11手指沾水擦干但是指纹识别还是识别失败，这是什么原因？by .答：当我们仔细观察我们的指尖，就会发现皮肤表面很多细小的凸起条纹，这些条纹组成了我们每个人特定的标识。为了识别这些条纹的分布，主要有三种技术：电容式、光学式、超声波式。位于手机侧边或者背后按键上的，多为电容式；光学式和超声波式则多处于屏幕下方。
就安全性而言，超声波式最高，电容式次之，光学较差（比如指纹贴）；受水影响而言，电容式最大，光学式较小，超声波则几乎不受影响。电容式应用最早也最广泛，目前逐渐被更便捷更绚丽的光学式取代，而超声波式成本高昂较为少见。电容式和光学式都有湿手可能失效的问题。这里以电容式为例，当手指按压在指纹采集区域时，指尖纹路和手机屏幕传感器周边的电极形成了一个耦合电容。
对于交流电而言，电容是理想的电流通道，于是电流可以流经电容被手指导走，而流出的电流大小和手指表面到电极表面的距离相关，通过检测电流的相对大小就能够模拟出手指纹路了。如果手沾湿后再擦干指纹识别还能成功吗？乍一看这问题有点“无理取闹”了，如果完全擦干了水，那和不沾水有什么区别呢？这不就是非常平常的情况吗？
然而实践经验告诉我，水是很难完全擦干的，依然可能识别不准，因为水很有可能藏身于两条凸起条纹的空隙，水把指纹的间隙填平了，影响了传感器对指纹的识别；此外，水是导电的，残留下的水也干扰了电容的形成，对于指纹识别的效果自然大打折扣；也有可能是手机所处的环境湿度比较大，对于传感器也有干扰。参考文献：为何手指沾水之后 iPhone 就无法指纹解锁了？一文看懂三大指纹识别，光学屏幕指纹强在哪？
by 小线Q.E.D.投票本期答题团队小线、Sid、鱼非我、opzk、青春小花??点击这里或识别下方二维码快速提问上期也精彩跳水双子星的“水花消失术”怎么做到的，很难吗？| No.421 编辑：小范近期热门文章Top10↓ 点击标题即可查看 ↓1.假如一把枪的射程是 1500m，我能在 1501m 用手接住子弹吗？2.明明是绿豆，怎么煮出了红色的汤，这健康吗？
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