義大利男子目睹水龍頭中的流水瞬時如冰柱般靜止的罕見自然現象是什麼原理?


2019-01-21

罕見!意攝影師拍攝層流現象 流水瞬間靜止如冰柱?

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據了解,這是一種與流體力學相關,稱為「層流,Laminar Flow」的自然現象。在無風的天氣里,如果水質純凈、水流持續,並且水管內部表面光滑,那麼每個水分子就能以非常精確的方式,按照前一個分子的軌跡流動。因此,就會出現「水看起來是靜止的,但實際上仍舊流動著」的層流現象。

水在不同溫度下的黏度

我們進一步來探討其中的物理知識,

第一,20℃ 下水的黏度約 1.0050cP (1mPa?s),且液體黏度隨溫度降低而增加(見上表)。

第二,流體的流速在管中心處最大,其近壁處最小 (見注 2)。

第三,對於粘性流體的層狀運動,流體微團的軌跡沒有明顯的不規則脈動,相鄰流體層間只有分子「熱運動」造成的動量交換

第四,每顆水分子的軌跡要想與前者一模一樣時,需幾個因素能配合,包括:水流毫無雜質、持續均速地流動 (流速與黏滯力剛好匹配,見注 1)、低溫使水流外側成黏滯流體,及配合上外在無風的環境,才會出現這個難得一見的自然現象。

註:

1). 流體有層流和紊流兩種流動狀態。層流是各流體微團彼此平行地分層流動,互不干擾與混雜。「紊流」是各流體微團間強烈地混合與摻雜、不僅有沿著主流方向的運動,而且還有垂直於主流方向的運動層流是流體的一種流動狀態,當流速很小時,流體分層流動,互不混合,稱為「層流」,或稱為「片流」;逐漸增加流速,流體的流線開始出現波浪狀的擺動,擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時,流線不再清楚可辨,流場中有許多小漩渦,稱為湍流,又稱為亂流、擾流或紊流。

2). 水受到水塔內水位差產生的水壓推動,因此有一個向前的力量。然而當水相對於水管有一個速度時,水與管壁之間會受到摩擦阻力的作用,而減速緩慢下來。靠近管壁那些緩慢下來的水,會進一步與比較靠近水管中央的水摩擦,而造成減速,如此一來,整條水管由中心到管壁會形成一個速度分布,我們通稱造成這個現象的作用力為「黏滯力,viscosity」。

分類:科普 &>&>力學 &>&>流體


這個就是很簡單的攝像機的刷新頻率跟水流的本身的振動頻率一致了。。

比如

《驚天魔盜團2》里的讓雨停住的魔術原理是什麼??

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╮(╯_╰)╭


層流(英語:Laminar flow)流體的一種流動狀態。當流速很小時,流體分層流動,互不混合,稱為層流,或稱為片流;逐漸增加流速,流體的流線開始出現波浪狀的擺動,擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時,流線不再清楚可辨,流場中有許多小漩渦,稱為湍流,又稱為亂流、擾流或紊流。

這種變化可以用雷諾數來量化。雷諾數較小時,黏滯力對流場的影響大於慣性力,流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減,流體流動穩定,為層流;反之,若雷諾數較大時,慣性力對流場的影響大於黏滯力,流體流動較不穩定,流速的微小變化容易發展、增強,形成紊亂、不規則的湍流流場。

視頻中水溫較低,粘滯係數較高,並且流速穩定、管道內壁光滑且氣泡少,這才會產生明顯的層流現象。


出口的水體,每個小單位速度十分接近。下落過程中沒有湍流。每一處橫截面上通過的水體與臨接的部分的作用相對穩定。即使它們始終在下落運動,也能做出相同的運動軌跡。


視頻每秒50幀的情況下,水流的每一幀都在同一個位置即可出現這種情況。

有人在出水口加了一個揚聲器,播放特定的音頻,可以辦到(視頻中的)讓水流靜止,螺旋靜止,緩慢倒流,緩慢螺旋倒流,高速倒流,高速螺旋倒流等情況。說白了就是視頻拍攝的手法。人眼看到的卻是水花亂飛!

而自然的也可以辦到。

不過另外的人也講到水分子都按一個固定的路走也會這樣。


推薦看看這個,B站up主羅茲譯制的《作死物理小講堂》,來自youtube的Mehdi Sadaghdar,讓攝像機拍攝的頻率和水管振動的頻率相同,在攝影機里看上去就像停住不動一樣


個人看法,如此穩定的水流應該是和環境溫度很低有關,低溫使得水流處於某種程度上似凍非凍的臨界態。


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