那些美如畫的流體現象:奇妙的水流行波與駐波

2021-01-07 騰訊網

本文為讀者展示那些引起高度舒適的流體現象。

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 | 球拍猛擊水球

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。

動畫來源：

[1] 渦環：https://www.youtube.com/watch?v=EVbdbVhzcM4

[2]箭穿氣球：https://www.youtube.com/watch?v=y2ucS6NorPE和

https://www.youtube.com/watch?v=GQC_7h-ODXM

[3]球拍拍打：https://www.youtube.com/watch?v=yDKkRHwhrbg

[4]非牛頓流體爆破：https://www.youtube.com/watch?v=Sl0BHueSjvA&t=291s

[5]駐波：https://www.youtube.com/watch?v=uENITui5_jU

[6]層流水柱：https://www.youtube.com/watch?v=5iyyUbCLEw8

原文標題：那些美如畫的流體現象［系列1］

來源：神奇的流體

編輯：Shiny

相關焦點

  • 那些美如畫的流體現象
    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 | 炮擊非牛頓流體圖 | 炮擊一般流體圖 | 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。
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  • 非牛頓流體
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