那些美如畫的流體現象

2021-01-18 中科院物理所

美妙的渦環

兩個穩定的水泡碰撞形成美妙的渦環。

圖 | 水泡碰撞

實現水泡的穩定碰撞絕非易事，其製造者花費了4年時間才實現了圖中效果。

穩定水泡和渦環的形成，與染料的密度、水/染料溫差、水濁度、水湍流度、活塞的排量、射擊速度等有關。

圖 | 渦環

氣球爆破

說到氣球爆破，首先想到的就是爆破美學了

圖 | 上方箭穿水球

圖 | 中間箭穿水球

對於非牛頓流體，衝擊力作用下的爆破效果大不相同。

圖 | 炮擊非牛頓流體

圖 | 炮擊一般流體

圖 | 球拍猛擊膠體球

水流駐波與行波

行波：傳播過程中，波峰和波節位置朝著一個方向推移。

駐波：波峰和波節位置固定，相當於一個停滯在原地的波。

圖 | 駐波水流

行波和駐波水流是讓水管出水口以某一頻率激振而產生的，即改變出口水流的流動方向。

圖 | 水波產生原理

原理：

1、水管的激振頻率與攝像機幀速相同時，駐波形成；

2、激振頻率略低於攝像機幀速時，向前行波形成，反之形成向後行波。

水波振形與激振源幅值和頻率有關。

激振頻率不變，改變幅值

圖 | 駐波幅值變化

略增激振頻率，形成向前行波

圖 | 向前行波

略減激振頻率，形成逆流而上的向後行波

圖 | 向後行波

汽車向前行駛過程中，車輪轉向看上去有時順時針、有時靜止、有時逆時針，這與水流的「駐波」和「行波」原理是一樣的，都是「視覺惹的禍」。

另外，下圖水流的「靜止」從非嚴格物理意義上來講卻是一種真實存在的。

圖 | 層流水流

這種水流處於「層流」狀態（物理上為非時變狀態，即水流的空間狀態不隨時間變化），雖然也在不停地向下流動，但與視覺上的駐波和行波卻完全不同。

生活中美如畫的流體現象很多，需要你我共同發掘。



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