【為什麼馬能站著睡覺？】

愛提問的“問問”又提出了讓“老爸”頭疼的問題，而“老爸”是怎麼回答“問問”的呢？

睡眠是動物界廣泛存在的一種行為。雖然不同動物的睡眠狀態各有不同，但在記憶中，小動物睡覺一般是放鬆身體，或臥或躺著睡，就像我們人類一樣，會找一個支撐物。

在生活中如果有人能夠站著睡覺，那堪稱是在表演雜技。但是在動物界，還真有小夥伴能夠站著睡覺，今天的主人翁就是我們熟悉的---馬。

雖然大家對馬很熟悉，但是聽説它能站著睡覺，小朋友們是不是會有點不相信呢？沒關係，那就去馬場看一看吧。

在馬術俱樂部的一間馬場裏，有許多英俊非凡的高頭大馬。那麼，這些龐大的傢伙真的是站著睡覺嗎，他們細細的腿部真的能夠支撐自己的身體嗎？

訓練了一個上午後，馴馬師表示馬匹每天中午都會有2小時的午休習慣，此時可以觀察馬兒睡覺的狀況。

聽到這一消息“老爸”和“問問”非常高興，但是由於馬是一種警覺性很高的動物，他們能順利觀察到馬兒站著睡覺到景象嗎？看來想觀察到馬睡覺的情況並不容易，可不甘心的“老爸”和“問問”又來到了第三件馬房。

這次好像沒有被發現，“老爸”和“問問”認真觀察起來。只見馬兒一動不動的站在原地，好似正在培養睡意。漸漸的它的頭低了下來，眼睛也陷於迷離，“老爸”和“問問”甚至發現馬兒的腿部也放鬆開來，一動不動的它看起來好像正逐漸進入夢鄉。

而在監控設備中也發現，在長達兩小時的午休時間裏，監控中的馬兒要麼站在那裏一動不動，好似睡著了一樣，要麼悠閒的在馬廄中踱著步子，吃著草。沒有一匹馬有躺下來睡覺的情況出現。

看來馬的確能夠站著睡覺，那麼為什麼馬兒會選擇這麼特別的方式睡覺呢？

北京野生動物園 總工程師 劉昕晨：“馬的祖先是野生馬，野生馬是靠奔跑來擺脫它天敵的捕捉，所以説馬群是一直保持一種警惕，甚至是完全的戒備狀態。”

中國純血馬登記管理委員會 秘書長 王振山：“站著睡覺的好處，就是它可以不浪費一分一秒，可以隨時逃跑。”

可是站立著睡覺對於一般動物來説很難做到，但為什麼馬兒卻能做到呢？

中國純血馬登記管理委員會 秘書長 王振山：“這與馬的四肢結構是有關係的，它兩條前腿特別直，並且在前肢的腕關節，也就是前膝的下邊全是肌腱和韌帶，沒有肌肉，所以它能量消耗特別少。另外它這個結構，由於它的韌帶和肌腱能夠使馬的關節能夠鎖住，那麼前後肢配合，兩個前肢始終是著地的，那麼有一個後肢是輪換著地的。那麼三點成一個平面，這樣馬就不會倒。”

看來馬能夠站立睡覺與它們的腿部構造有著密切的關係。並且專家還告訴“老爸”和“問問”，馬一天的睡覺時長約為5個小時，其中半睡半醒狀態約2小時，完全睡眠狀態約為3小時。但與人類的連續性睡眠不同的是，馬睡覺的方式是間斷累計性的，即每次的睡覺時長短則打三五分鐘的小盹，長則進入夢鄉半小時。

回憶平時人們很少見到馬匹臥倒，它們多處於站立的姿勢。可是馬兒除了站著睡覺以外，真的不會像其它動物那樣躺下來睡覺嗎？帶著疑問“老爸”和“問問”決定觀察馬兒在夜晚睡覺的情況。為了減小對馬匹睡眠狀態的干預，採用了夜間監控設備進行紀錄。

直到天黑，視頻顯示將近夜間9點，馬匹們依舊悠閒的吃著飼料，保持著站立的姿勢。而隨著時間的推移，它們有的安靜的低下頭看似睡著了，有的繼續吃著飼料，均並沒有要躺下來的意思，難道它們真的要保持站立的姿勢一整晚嗎？

視頻顯示在夜間9點57分，右側的馬兒臥倒了下來。這可是我們在白天的觀察中沒有出現的現象。馬兒臥下來後便一動不動了。8分鐘過去了，只見馬兒又開始活動了起來，隨後一骨碌爬了起來。而在隨機所選擇的4匹觀測馬中觀察發現，均出現了臥下來睡覺的現象，其中保持臥姿時間最長的為1小時43分鐘，時間最短的為7分鐘。

那麼這些馬兒臥倒時究竟是不是在睡覺呢？馬到底有幾種睡覺的方式呢？

中國純血馬登記管理委員會 秘書長 王振山：“馬的睡眠方式有兩種，一種是站式的，一種是臥式的。有時候馬臥著，當人來的時候，一有動靜馬自己就站起來了。所以人們始終看不見馬臥著睡覺。就誤以為馬始終是站立睡眠的。”

馬兒雖然會臥倒睡覺，但是時間一般不會太長，這又是為什麼呢？

中國純血馬登記管理委員會 秘書長 王振山：“長時間臥著比如説壓迫心臟，壓迫呼吸系統，還有就是如果地面比較硬，或者馬蹄子硌到身體上，這都容易使馬受傷。”

那麼除了馬，還有什麼動物也有著無人能及的有趣睡覺方式呢？

北京野生動物園 總工程師 劉昕晨：“比如説獅子，一天睡的很多，一天18 到20個小時，甚至它一天能睡到22個小時。馬同屬的一些動物，像驢、斑馬這樣的動物，甚至很多草食性動物，它們也是多數保持站著睡覺的狀態。有個別的情況，你比如説像貓頭鷹，它是怎麼睡覺，它是睜一隻眼閉一隻眼在睡覺，因為它是白天睡覺也是睜一隻眼閉一隻眼。還有一種動物睡覺乾脆是不閉眼睛睡覺，這就像海豚類的，它兩個大腦分別休息，這個半球休息，再換一個半球休息，所以你看海豚天天都睜著眼，你看不著它在閉眼睡覺。”

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【鉛筆芯也能發光？】

“問問”帶著疑問來到了“蓓蓓仙”的魔法世界。為了解答“問問”的問題，“蓓蓓仙”決定用實驗來告訴“問問”真正的答案。

“蓓蓓仙”先讓“問問”準備好了實驗道具：8節串聯的一號電池組、玻璃燈罩、兩根導線、紙巾筒、膠布和0.5mm的鉛筆芯。還有要特別注意的是，做這個實驗的時候一定要戴上絕緣手套哦！

首先，用膠布將兩根導線固定在紙巾筒兩側，用兩根導線上的夾子分別夾住鉛筆芯兩頭。

然後，用玻璃燈罩扣在夾住鉛筆芯的紙巾筒上，再將燈罩外的兩根導線分別連接電池組的正極和負極。

結果，鉛筆芯先是冒出了一些煙，然後真的亮了起來，而且是越來越亮，過了一會兒才燒斷熄滅了。

其實，這個實驗的原理和愛迪生發明電燈的原理是一樣的。他在研究電燈時試過了1600多種材質，最後才慢慢演變成鎢絲。鉛筆芯主要成分是石墨，具有導電性。當把電池和導線連接上鉛筆芯，就構成了一個完整的電路。當強大的電流通過鉛筆芯時，鉛筆芯溫度急速升高，並且可以發熱發光。

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【觸摸屏為什麼可以感應到手指的動作？】

愛提問的“問問”又提出了讓“老爸”頭疼的問題，而“老爸”是怎麼回答“問問”的呢？

手機、平板電腦、手錶、ATM機、車站或者電影院裏的售票機……作為已經成為了我們生活中，無處不在的日常科技，觸摸屏，這個龐大的“家族”，承包了那麼多領域，已經和我們天天見面了！打電話、看動畫片、上網、玩遊戲、購票，只要我們手指輕輕一劃、一點，它便可以把我們想要的信息呈現在面前。

那麼，觸摸屏這樣的概念，最早出現在什麼時候呢？在上世紀60年代，《星際迷航》電視系列劇中，曾多次出現一款名叫 PADD 的設備，飛船的船員們在飛行中用 PADD 來記錄內容，其中就出現了可以用手滑動屏幕來操作的儀器。它幾乎與今天的平板電腦類似。

雖然科幻作家的想象力非常超前，但更讓人佩服的是現實生活中科學家的動手能力。在1967年，英國馬文鎮皇家雷達研究所的研究員，約翰遜（E.A. Johnson）就發明了人類歷史上第一塊觸摸屏！他設計的這塊雖然笨重但有著魔術般的效果：無論手指頭點到哪，屏幕就會在該處發出亮光。這就是觸摸屏的最初雛形。也就是他，開啟了人類關於觸摸屏的想象力大門！

隨後的幾十年，科學家們，想象力和科研能力都飛速的發展，讓觸摸屏擁有越來越精密的技術。然而，最為神秘的地方，觸摸屏到底是怎麼可以感應到手指動作的呢？

北京郵電大學信息光子學與光通信研究院 教授 俞重遠：“觸摸屏用的是絕對坐標的輸入方式，所謂絕對坐標就是點哪兒是哪兒。常用的觸摸屏，基本上有四種方式，電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏，紅外屏和聲波屏，這四種。那麼我們現在最常用的智慧手機，大部分都是電容屏。投射式電容屏的導電玻璃層內部，蝕刻有一系列的水平和垂直的電極，那麼形成交叉的網絡，當手指觸摸到不同的點的時候，電容值發生改變。相應的水平和垂直的振蕩曲線的週期發生變化。通過這兩個參數的改變，使得系統感知到你的觸摸位置。”

專家告訴“老爸”和“問問”，平時常用的智慧手機、平板電腦，大都採用的是電容式觸摸屏。而一些公共設施裏看到的大型觸摸屏，都是紅外線屏。

北京郵電大學信息光子學與光通信研究院 教授 俞重遠：“紅外屏在公共場所是比較常見的，比如atm自動取款機，機場、車站的自助取票機，基本上都使用的是紅外屏。紅外屏的特點，就是它的使用頻次和使用的人次比較高。它的基本原理，就是在相鄰的兩端是紅外發射器，在相反的對面，是紅外接收器。紅外發射器可形成網格，在觸碰過程中，阻止了某一條紅外線的通路。這就是計算機所要接收到的參數，通過這個原理，來感知到你所觸碰的位置。”

通過專家的講解，“老爸”和“問問”了解到觸摸屏為什麼可以感受到手指的動作。但是，平時當手指在屏幕上滑動瀏覽文章，需要放大一張圖片的時候，手機是怎麼做到實時感應到幾個手指同時在屏幕上操作的呢？

北京郵電大學信息光子學與光通信研究院 教授 俞重遠：“現在的智慧手機，常用的是投射式電容屏，和紅外屏與聲波屏。那麼多點同時觸碰的時候，是多個感應器同時作用，在滑動過程中，是一系列的感應作用。”

其實多點觸控，簡單一點講就是，比單點觸控增加了一個或多個的感應線路。通過多點觸控的技術，人們使用雙手對觸摸屏進行操作的潛能得到了更多釋放。觸摸屏誕生以來的短短幾十年，就顛覆了過去人類對未來的想象。或許有一天，我們能將觸摸屏替換成可折疊的新材料，將它輕鬆地放進口袋；甚至有可能，觸摸屏再次超越了我們的預想，進化出更加不可思議的功能。就讓現在的我們，拭目以待吧！

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【計步器是怎麼知道我們走了多少步的？】

愛提問的“問問”又提出了讓“老爸”頭疼的問題，而“老爸”是怎麼回答“問問”的呢？

如今，每個人都非常關注健康。而運動正是健康最重要的手段。不管是出門佩戴手環、計步器，還是拿手機，記錄自己行走的步數，已經是很多人的生活習慣了。可是，計步器到底是怎麼工作的呢？是怎麼知道我們每天走了多少步的呢？

中國電子科學研究院工程師廖勇：“最開始的計步器是機械式的，原理其實很簡單，就跟擺錘一樣的。因為人在走路的時候是會把那個擺錘帶著在動，它動一下基本上就是人在走一步，然後擺錘動一下，和金屬接觸通電，就記了一步。”

原來，計步器是依靠擺錘與金屬的接觸，才能記錄我們的步數，可是現在流行的智慧手環和手機裏的計步軟體也是這個原理嗎？

中國電子科學研究院工程師廖勇：“現在的手機手環裏面，它一般是用一個非常小的芯片，叫三軸加速度傳感器，通過這個傳感器可以測量手機或者是手環在三個不同的方向上的加速度，然後通過這個加速度的值進行一些算法的運算，然後統計就可以知道大概可以測出來走路的步數。”

那麼這種傳感器是怎麼知道我們走路的步數的呢？

中國電子科學研究院工程師廖勇：“有一種特殊的材料，叫壓電陶瓷材料，根據作用在上面的力的大小産生不同的形變，就可以産生不同的電壓的變化，就可以通過作用在上面的力來測量出加速度，然後通過加速度能夠判斷出這個人是走路的時候，他是在哪個方向進行運動，或者説頻率大概是多少。”

可是，如果用手搖晃手機，也會産生加速度，這個傳感器是怎麼分辨手晃和走路的區別的呢？

中國電子科學研究院工程師廖勇：“人走路的時候，頻率一定是在某一個範圍之內的，比方説一秒鐘跨出多少步，或者説一分鐘只能走出多遠。如果人的手拿著手機在晃的話，第一個晃的頻率會非常的快，第二個拿著手機晃的時候，加速度變化是比人在走路的加速度變化要大的多的，基本上通過這兩個方面，能夠判斷出來到底是人拿著手機在晃，還是真正的一個人在走。”

專家還表示，其實計步功能只是加速度傳感器的一部分應用。在車輛安全、橋梁健康等方面，加速度傳感器都有著非常重要的作用。

中國電子科學研究院工程師廖勇：“車上的安全氣囊為什麼會彈起來，車開到一定的速度之上然後突然停下來，安全氣囊就會彈出來，實際上是有一個加速度傳感器在測量車在前進的方向負加速度，或者説從很快的速度突然變得停下來，一個量的變化，來判斷説現在應不應該把安全氣囊彈出來。加速度傳感器另外一個可以應用的地方是橋梁的一些健康的監測，因為橋梁雖然看起來是硬的，實際上是會有一些形變的，可以有些變化，但是每個橋梁的變化它不能以某一個頻率來發生這種振動，因為它如果是産生跟這個橋梁的固有頻率産生共振，會對橋梁的結構健康産生影響。所以就可以在橋梁地面上，設置一些加速度傳感器來測量橋梁的振動，然後能夠判斷出振動是不是在可以允許的範圍之內的。”

傳感器技術與計算機技術，通信技術並稱為現代信息技術的三大支柱。航天運載火箭上，採用的傳感器達2000多個；一架民航客機所用的傳感器也有上千個。可以説，任何自動控制裝置和系統都離不開傳感器技術。

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【坐旋轉鞦韆為什麼不容易暈？】

“問問”帶著疑問來到了“蓓蓓仙”的魔法世界。為了解答“問問”的問題，“蓓蓓仙”決定用實驗來告訴“問問”真正的答案。

“蓓蓓仙”先是揮動魔棒變出了一個道具，一個直徑2米的大轉盤，轉盤一側有一個兒童鞦韆，上面放置了一個托盤。在鞦韆對面一側，是另一個固定在轉盤上的托盤。兩個托盤裏面都裝滿了材質完全一致、但顏色不同的彩色海洋球，每個托盤裏都有50個。

當轉盤慢慢加速並轉動到一定速度時，甩起的鞦韆上的托盤中的球一個都沒有掉落，而另一側托盤中的球則陸續都被甩飛了。

而“問問”覺得會不會是因為海洋球太輕了才會被甩飛的呢？在接下來的實驗中，鞦韆對面的海洋球被換成了25千克的重物。但當轉盤慢慢加速轉動到一定速度時，甩起的鞦韆上的托盤中的球還是一個都沒有掉落，另一側的25千克的重物竟然也被甩出了轉盤。

其實，這是因為小球在旋轉時受到水平向外的離心力，當小球受到的摩擦力不足以平衡掉離心力時，就會被甩飛出去。而對於鞦韆而言，鞦韆繩始終會沿著重力和離心力合力的方向蕩起，所以鞦韆上的小球感受到的合外力始終是垂直于轉盤的，這個合力和盤子的支持力相互平衡，因此鞦韆上的紅色小球就很難被甩出去。

可是，這個實驗和坐旋轉鞦韆時不會感覺暈有什麼關係呢？

“蓓蓓仙”告訴“問問”，如果只坐在轉盤上，就會比較容易暈，這是因為在離心力的作用下，我們感受到的合外力方向是偏向一邊的。所以，這時我們兩隻耳朵裏負責感受平衡的半規管，就會覺得不平衡，不斷向大腦報告，也就是頻繁刺激大腦，人就容易感覺到暈。轉速越快這種感知的刺激越強。

而對於坐在旋轉鞦韆上的人而言，受到的合外力方向始終是垂直於人體向下的，兩耳內的半規管不會覺得不平衡，也就不會頻繁報告，對大腦的刺激就沒那麼強，自然也就不容易暈了。

“蓓蓓仙”在這裡要提醒所有的小朋友們，在去遊樂場玩那些速度快的遊樂設施時，為了保證安全一定要係好安全帶哦！

整個暑期的陪伴，三十個小朋友想要的科學答案，《老爸全知道》想對所有的孩子和家長們説，請保護好所有孩子的好奇心，因為他們是人類的未來。《老爸全知道》不僅是在傳播知識，更想倡導家長與孩子共同探索世界，開啟未知的陪伴方式。致所有愛問問題的孩子們，我們明年見……