时光倒流?还是引力失效?下落的雨滴,为何能向上逆流
水往低处流,是一个常识,那么你有没有见过,在不借助任何外力的情况,水滴能够悬浮空中,甚至是往上流呢?
惊天魔盗团2
这是惊天魔盗团2中的一个场景,男主丹尼尔在众目睽睽之下,让下落的雨滴变为静止,甚至还能让雨滴上升,记得当时这个电影我是去电影院看的,个人感觉,这个绝对是整场电影中最拉风的场景之一了。
但是呢,也许你认为这仅仅是电影里的特效罢了,现实世界不可能存在,雨滴既不可能静止,更不可能上流。
先别着急下结论,你再看看这个动图
是不是感觉不可思议了?
而且我还得告诉你,你所看到的水滴上升,它并没有借助任何外力,比方说什么气流托起来啊,也不是摄像机的属性导致的,实际上这个现象你可以直接通过肉眼观测到。
那么难道真的是水滴无视万有引力定律,就这么平白无故地往上流了吗?当然不是,其实背后的本质就是一种障眼法,欺骗我们的眼睛和大脑而已。
下面我们就来简单讲讲它的原理,请注意,里面最后将会涉及一些可能会打破你原有认知的新知识。
提示:对应讲解视频可进我的主页里观看
首先我们画一个简单的水滴连续下落的图案,一点接着一点往下掉,假设任意相近的两个水滴,间隔时间为t,那么频率就是f=1/t,到目前为止,我们所看到的就是平常所见的正常的水滴下落情景
现在关键的一部分来了,我们需要一个非常重要的道具——频闪灯,简单来说就是按照一定频率闪烁的灯,现在我们先将水滴下落的场景变为暗光环境,使得我们基本看不到水滴下落,然后打开频闪灯,先设置其闪烁频率与水滴的下落频率相等
此时我们注意到,当这个水滴,我们设为a
下落到这里时,刚好频闪灯亮了,于是整个水滴所处的位置就被肉眼所捕捉,之后频闪灯熄灭,同时水滴a也在下落,并且整个水滴b也在下落,当b刚好落到原先a所在位置时,频闪灯又再次亮起,于是就导致了间隔一段时间的两个画面,在我们肉眼看来竟然时一模一样的,于是大脑就认为水滴静止了。
如果频闪灯与水滴的频率都能保持在人类视觉暂留现象以及闪光融合现象的范围内,那我们就不会察觉到闪烁,就一直认为周围环境时亮着的,并且水滴看上去也是一直静止着的。
那么什么是视觉暂留?闪光融合又是什么呢?首先,视觉暂留现象很多人都应该听过,简单来说就是,如果有一样东西突然从你眼前消失,但人眼仍会保留大约0.1到0.4秒时间的图像,之后才会看不见,比如刚才的水滴静止,只要频闪灯频率合适,那么水滴的成像就会一直在你的视网膜上。
那么闪光融合又是什么呢?举个例子,就比如频闪灯,慢镜头下,这个灯就是按照一定频率,一会亮一会暗,但是当频率上升到一定程度后,我们就不会感到灯光闪烁了,而是一直常亮。
比如以前常见的那种日光灯。
我们再回到水滴这个话题上来,水滴静止我们明白了,那么水滴朝上运动又是怎么回事呢?其实道理是相通的。
比方说,当这个频闪灯的闪烁频率高于水滴时,也就是说水滴b还没有到达水滴a之前的位置时,灯亮了,于是在人眼得到的两幅图像上,就会有差别,第一幅是这样的画面,而第二幅是这样,以此类推,可以想象,这一连串的图像合起来,不就是一幅水滴往上运动的场景吗?
但是说到这,我还要再补充一个最关键的信息,我们之所以会感觉到水滴往上运动,并不是视觉暂留现象导致的!而是一个被称为“似动效应”导致的。
简单来说,当频闪灯的频率高于某一数值时,我们所接收到的任意两幅图像,其时间间隔就会比较短,此时我们的大脑就分辨不了前后顺序,就认为两幅图像是一同出现的
而如果当两幅图像的时间间隔刚好在一个不长也短的范围内(30ms-200ms),我们大脑就会认为物体是从一个位置运动到另一个位置上去
那么最后,当时间间隔比较长,那么就会认为物体是瞬移的先后出现在两个位置,而没有运动的感觉。
请注意,这里所讲的,运动感的时间间隔长短与视觉暂留的时长并不完全重合,这也是为什么我说“物体的运动感”的直接因素并不是视觉暂留现象的原因,所以电影里的物体运动也是由似动效应导致的。
【气象科普知识】雨滴到底是什么形状?颠覆你的传统印象!
依然凉风阵阵
依旧舒适惬意
秋雨,说来就来
小编已经记不清这是第几场了
绵绵,细密
如滴落在荷叶上的露珠
滴滴答答好不清脆
柔润的雨,水墨风情
勾起了多少抒不完的满纸柔情
此时此刻,此情此景
你有没有思考过
雨滴是什么形状的吗?
眼泪?球状?
来,就让我们一探究竟吧!
很多人通过附着在玻璃窗上的雨滴,联想到雨滴下落时的形状,认为雨滴是“眼泪”形的。实际上,雨滴具有很大的变形能力,并且在下落过程中会受到各种外力影响。
雨滴会呈现出哪几种形状呢?
雨滴在空中形成并开始降落时是球状的,在不受力的情况下,雨滴直到降落到地面之前都会保持原来的形状。
当受到外力时,雨滴的迎风面会变得扁平、后端保持球形,呈现出上圆下扁的形状。外界作用对雨滴有两种力。
1
一是流体静压,它会使液态物质底部紧缩,并且由于顶部的重压,液态物质底部会变平。
2
雨滴降落时还受到另一种力的影响——空气动力压,即物体通过空气时,空气作用于物体的力,该阻力使雨滴底部变成凹进去的形状。
当雨滴从天而降时,小于1毫米的小雨滴几乎是完美的球体。小雨滴受到的空气阻力较小,而且雨滴中的微观分子比周围空气中的微观分子更容易相互吸引,被称为内聚力的吸引力将分子向内拉,导致液滴表面有张力而形成球体。
雨滴从云层跌落,它们之间发生碰撞汇合在一起,雨滴逐渐变大,空气阻力的影响也逐渐变大,形状也有了更多的变化。
总体而言,随着直径的增加,雨滴的形状逐渐由圆形向椭圆形过渡,再由椭圆形向顶部凸起、底部扁平过渡。当雨滴过大时,则会发生变形或破裂。
雨滴是如何在天空形成
雨滴其实是由云“变”来的。在云体温度高于 0℃的暖云中,存在着大大小小的云滴。大云滴下降速度快,上升速度慢而小云滴下降速度慢,上升速度快。于是,这种相对速度的差异使得大云滴有机会与小云滴相撞,让小云滴溜进大云滴中,又因上升气流不均匀的分布和云内的湍流作用,使得大云滴可以在云中多次上下运动,增加了大小云滴相撞的机会,当大云滴越来越大,大到上升气流托不住它时,就掉下来成为雨滴。
(来自中国气象科普网)
雨滴的速度是多少?
一滴雨滴落到地面的速度与雨滴的大小、形状、重量以及空气阻力等都有关系。一般情况下,雨滴的速度在5-20米/秒之间。 雨滴的产生是因为水蒸气在空气中形成云,当空气中的水蒸气达到一定的饱和度时,水蒸气会开始凝结成小水滴,逐渐形成云层。当云层中的水滴达到一定大小时,就会重力作用下落到地面形成雨水。 在雨水下降的过程中,雨滴会因为空气阻力和重力的影响而加速,直到达到平衡状态。而这个平衡状态的速度就是雨滴落地时的速度。由于雨滴在下落的过程中受到的阻力和重力对比较小,所以雨滴的速度相对较快,但不会像自由下落的物体那样快。 总的来说,雨滴的速度与气象条件、云的高度、雨滴的大小、重力、空气阻力等因素都有关系。同时,雨滴的产生和形成也是气候系统中非常重要的过程之一。
时光倒流?还是引力失效?下落的雨滴,为何能向上逆流
水往低处流,是一个常识,那么你有没有见过,在不借助任何外力的情况,水滴能够悬浮空中,甚至是往上流呢?
惊天魔盗团2
这是惊天魔盗团2中的一个场景,男主丹尼尔在众目睽睽之下,让下落的雨滴变为静止,甚至还能让雨滴上升,记得当时这个电影我是去电影院看的,个人感觉,这个绝对是整场电影中最拉风的场景之一了。
但是呢,也许你认为这仅仅是电影里的特效罢了,现实世界不可能存在,雨滴既不可能静止,更不可能上流。
先别着急下结论,你再看看这个动图
是不是感觉不可思议了?
而且我还得告诉你,你所看到的水滴上升,它并没有借助任何外力,比方说什么气流托起来啊,也不是摄像机的属性导致的,实际上这个现象你可以直接通过肉眼观测到。
那么难道真的是水滴无视万有引力定律,就这么平白无故地往上流了吗?当然不是,其实背后的本质就是一种障眼法,欺骗我们的眼睛和大脑而已。
下面我们就来简单讲讲它的原理,请注意,里面最后将会涉及一些可能会打破你原有认知的新知识。
提示:对应讲解视频可进我的主页里观看
首先我们画一个简单的水滴连续下落的图案,一点接着一点往下掉,假设任意相近的两个水滴,间隔时间为t,那么频率就是f=1/t,到目前为止,我们所看到的就是平常所见的正常的水滴下落情景
现在关键的一部分来了,我们需要一个非常重要的道具——频闪灯,简单来说就是按照一定频率闪烁的灯,现在我们先将水滴下落的场景变为暗光环境,使得我们基本看不到水滴下落,然后打开频闪灯,先设置其闪烁频率与水滴的下落频率相等
此时我们注意到,当这个水滴,我们设为a
下落到这里时,刚好频闪灯亮了,于是整个水滴所处的位置就被肉眼所捕捉,之后频闪灯熄灭,同时水滴a也在下落,并且整个水滴b也在下落,当b刚好落到原先a所在位置时,频闪灯又再次亮起,于是就导致了间隔一段时间的两个画面,在我们肉眼看来竟然时一模一样的,于是大脑就认为水滴静止了。
如果频闪灯与水滴的频率都能保持在人类视觉暂留现象以及闪光融合现象的范围内,那我们就不会察觉到闪烁,就一直认为周围环境时亮着的,并且水滴看上去也是一直静止着的。
那么什么是视觉暂留?闪光融合又是什么呢?首先,视觉暂留现象很多人都应该听过,简单来说就是,如果有一样东西突然从你眼前消失,但人眼仍会保留大约0.1到0.4秒时间的图像,之后才会看不见,比如刚才的水滴静止,只要频闪灯频率合适,那么水滴的成像就会一直在你的视网膜上。
那么闪光融合又是什么呢?举个例子,就比如频闪灯,慢镜头下,这个灯就是按照一定频率,一会亮一会暗,但是当频率上升到一定程度后,我们就不会感到灯光闪烁了,而是一直常亮。
比如以前常见的那种日光灯。
我们再回到水滴这个话题上来,水滴静止我们明白了,那么水滴朝上运动又是怎么回事呢?其实道理是相通的。
比方说,当这个频闪灯的闪烁频率高于水滴时,也就是说水滴b还没有到达水滴a之前的位置时,灯亮了,于是在人眼得到的两幅图像上,就会有差别,第一幅是这样的画面,而第二幅是这样,以此类推,可以想象,这一连串的图像合起来,不就是一幅水滴往上运动的场景吗?
但是说到这,我还要再补充一个最关键的信息,我们之所以会感觉到水滴往上运动,并不是视觉暂留现象导致的!而是一个被称为“似动效应”导致的。
简单来说,当频闪灯的频率高于某一数值时,我们所接收到的任意两幅图像,其时间间隔就会比较短,此时我们的大脑就分辨不了前后顺序,就认为两幅图像是一同出现的
而如果当两幅图像的时间间隔刚好在一个不长也短的范围内(30ms-200ms),我们大脑就会认为物体是从一个位置运动到另一个位置上去
那么最后,当时间间隔比较长,那么就会认为物体是瞬移的先后出现在两个位置,而没有运动的感觉。
请注意,这里所讲的,运动感的时间间隔长短与视觉暂留的时长并不完全重合,这也是为什么我说“物体的运动感”的直接因素并不是视觉暂留现象的原因,所以电影里的物体运动也是由似动效应导致的。