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给孩子最好的科学教育

不知道你有没有注意到一个生活现象，那就是，在潮湿的天气里，呆毛更容易翘起来，不容易打理，天气潮很容易造成定型失败。

而在干燥的天气，呆毛反而不容易卷起来。另外一个现象是，洗完头以后，湿漉漉的头发实际上会变长一点。

随着湿度增加，头发开始变得蓬乱。

这些普遍的现象背后的原理其实是一样的，而且它曾经被用来制造一种非常有用的仪器，猜猜是什么。

关键概念

氢键，湿度

材料和操作

几根头发（最好是20厘米以上的）

吸管

尺子

硬纸板

图钉

操作很简单，做成下面这样就可以了：

或者反过来做成这样也可以：

以第一张图为例：

1 把图钉钉在硬纸板上（上图中黄色圆点的位置）。

2 把下面的图钉钉住一根吸管。

3 把头发绕在上面的图钉和下面的吸管上。

4 现在可以开始试验了。用吹风机把头发吹干，在吸管指向的地方写上“湿度低”几个字；

用水把头发润湿，在吸管指向的地方写上“湿度高”几个字。

所以你猜到了吗，我们做了一个头发湿度计出来。

原理

我们制造的，是一种头发湿度计。

实际上，在湿度高的时候，头发会变长；在湿度低的时候，头发会变短。

利用头发的这种特性，瑞士物理学家和地质学家奥拉斯-贝内迪克特·德索叙尔（Horace Bénédict de Saussure）在1783年发明了制造了史上第一个毛发湿度计（hair tension dial hygrometer），也叫伸缩式湿度计，用来预报天气，没想到吧。

奥拉斯-贝内迪克特·德索叙尔（Horace Bénédict de Saussure）

而且，这种头发湿度计因为性质可靠，制造方便，一直被用到20世纪60年代，直到后来被更加精细的电子湿度计取代。

为什么头发的长度会随着湿度变化？

实际上，头发的主要成分是角蛋白这种蛋白质，和指甲的成分一样。

角蛋白本身会像弹簧那样卷起来。

在头发里，角蛋白之间由2种力结合：1种是组成角蛋白的半胱氨酸（cystein）形成的比较强的交叉链接（cross-links），另一种是比较弱的氢键。

头发的角蛋白，角蛋白间的交叉链接（红色）以及氢键（黄色）示意图。

如果空气湿度变大，或者头发里进了水，氢键就很容易断裂，角蛋白“弹簧”就会被部分释放，头发就会自然拉伸。如果把头发弄干，那么角蛋白之间的氢键就会再次形成。

当空气湿度从0%增加到100%的时候，头发丝的长度就会增加2.5%。虽然头发丝增加的长度看起来不多，但是这种变化率非常规则，因此很适合用来指示环境湿度。

其实我们生活中就经常利用角蛋白氢键形成和断裂的原理——把头发弄湿，拗造型再吹干，就是让角蛋白氢键断裂再重塑的过程。

当然了，在潮湿的天气里，好不容易吹出来的发型容易原形毕露也是因为氢键断裂，发丝回到了自然卷曲的状态。

现在常用的的电子湿度计的原理，主要是测量空气的电容或电阻，因为空气的电容和电阻会随着空气湿度变化。

电子温湿度计

除了头发，你也可以用多种纤维替代。人们还曾用尼龙丝制造原理类似的尼龙丝型湿度计。

如果你是个可爱的短头发的小孩，家里也没有尼龙丝，那么你还可以用其他简单的天然材料来制作湿度计。比如，松果。

是的，松果和头发一样，也可以指示环境湿度。

1997年，英国雷丁大学（University of Reading）大学仿生中心的学者发表在《自然》（Nature）上的一项研究发现，在天气比较潮的情况下，长在树上的松果就会合起来；如果天气比较干燥，松果就会打开。利用这点，松树就可以传播自己的种子。

泡在水里，松果就合起来了。

为什么天气潮湿的时候，松树不想传播种子？

因为潮湿的天气里，种子的播撒距离不会太远。想想看下雨天种子会弹很远么？

当然了，即使松果已经从松树上掉了下来，它依然保持了这种随湿度张合的性质。

利用松果的这种性质，雷丁大学的工程学教授 George Jeronimidis 设计了一种可以在室内湿度大的时候开窗，室内湿度低的时候关窗的类似于纤维素的材料。这样不用浪费电力，就可以自动调节室内湿度了。

一天中，松果随环境湿度张开闭合。

亲爱的小伙伴们，

你有没有尝试“头发湿度计”？

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