那些美如画的流体现象

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。

图 | 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。

图 | 涡环

气球爆破

说到气球爆破，首先想到的就是爆破美学了

图 | 上方箭穿水球

图 | 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。

图 | 炮击非牛顿流体

图 | 炮击一般流体

图 | 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。

图 | 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。

图 | 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

图 | 驻波幅值变化

略增激振频率，形成向前行波

图 | 向前行波

略减激振频率，形成逆流而上的向后行波

图 | 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。

图 | 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：https://www.youtube.com/watch?v=EVbdbVhzcM4
[2] 箭穿气球：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] 非牛顿流体爆破：https://www.youtube.com/watch?v=Sl0BHueSjvA&t=291s
[5] 驻波：https://www.youtube.com/watch?v=uENITui5_jU
[6] 层流水柱：https://www.youtube.com/watch?v=5iyyUbCLEw8

原文标题：那些美如画的流体现象［系列1］
来源：神奇的流体

编辑：Shiny