那些美如画的流体现象中科院物理所

2022/12/9 来源:不详

本文为读者展示那些引起高度舒适的流体现象。

美妙的涡环

两个稳定的水泡碰撞形成美妙的涡环。

水泡碰撞

实现水泡的稳定碰撞绝非易事,其制造者花费了4年时间才实现了图中效果。

稳定水泡和涡环的形成,与染料的密度、水/染料温差、水浊度、水湍流度、活塞的排量、射击速度等有关。

涡环

气球爆破

说到气球爆破,首先想到的就是爆破美学了

上方箭穿水球

中间箭穿水球

对于非牛顿流体,冲击力作用下的爆破效果大不相同。

炮击非牛顿流体

炮击一般流体

球拍猛击水球

水流驻波与行波

行波:传播过程中,波峰和波节位置朝着一个方向推移。

驻波:波峰和波节位置固定,相当于一个停滞在原地的波。

驻波水流

行波和驻波水流是让水管出水口以某一频率激振而产生的,即改变出口水流的流动方向。

水波产生原理

原理:

1、水管的激振频率与摄像机帧速相同时,驻波形成;

2、激振频率略低于摄像机帧速时,向前行波形成,反之形成向后行波。

水波振形与激振源幅值和频率有关。

激振频率不变,改变幅值

驻波幅值变化

略增激振频率,形成向前行波

向前行波

略减激振频率,形成逆流而上的向后行波

向后行波

汽车向前行驶过程中,车轮转向看上去有时顺时针、有时静止、有时逆时针,这与水流的“驻波”和“行波”原理是一样的,都是“视觉惹的祸”。

另外,下图水流的“静止”从非严格物理意义上来讲却是一种真实存在的。

层流水流

这种水流处于“层流”状态(物理上为非时变状态,即水流的空间状态不随时间变化),虽然也在不停地向下流动,但与视觉上的驻波和行波却完全不同。

动画来源:

[1]涡环:

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