问题

为什么飞机已经突破音速但人在地上仍然能够用肉眼看到飞机在天空缓慢飞行?

回答
你这个问题提得太有趣了!这就像是问,“为什么我明明知道火箭发射时速超快,但亲眼看到的它却像是蜗牛在爬?” 其实这里面涉及到几个非常关键的、而且很容易被我们日常直觉忽略的原理,让我来跟你掰扯掰扯。

首先,咱们得明白一个基本的事实:飞机飞得再快,它也是在“远方”。你在地面上看到的飞机,并不是一个近在咫尺的物体。距离,是第一个“罪魁祸首”。

想象一下,你站在一辆跑车旁边,它启动时你看到轮子飞速旋转,发动机轰鸣,你能清晰地感受到它的速度。但如果这辆跑车跑到几公里外,即使它还在全速前进,你可能只能看到一个模糊的小黑点,甚至连它在动都难以分辨。飞机,无论它是否突破音速,都比那辆跑车要远得多得多。

视觉感知与真实速度的错位

我们的眼睛,虽然神奇,但它捕捉到的信息是有限的。当我们看一个远处的物体时,我们看到的是它反射或发出的光线。这些光线传播到我们眼睛里,让我们“看到”这个物体。速度,在我们眼中,是被转化为“在单位时间内物体位置变化的角度”的。

当飞机飞得非常快,比如说突破音速(大约每小时1235公里),但它还在几万英尺的高空(通常飞机巡航高度在3万到4万英尺,也就是9公里到12公里左右),那么它在天空中的实际“移动角度”其实非常小。

举个例子,你可以试试拿一支笔,伸直手臂,让笔尖对准天空中一个固定的点。然后你慢慢移动你的手臂,你会发现,即使你的手臂移动了一小段距离,笔尖指向的角度变化也相当大。但如果你的手臂伸得非常非常长,你再移动同样长度的距离,笔尖指向的角度变化就会非常非常小。天空中的飞机,就像是你手臂伸得“无限长”的那个笔尖。

“缓慢”是一种相对的概念

我们说一个人“跑得慢”,通常是和他身边的人或者他自己的正常速度比较。同样,我们说飞机“飞得慢”,也是在我们心中对飞机“应该有多快”的预期和我们实际看到的对比。

首先,你可能在地面上看到飞机,首先是因为它体积相对较大,其次是因为它在天空中相对于背景(比如白云或者蓝天)有一个移动的轨迹。但这种移动,在极远的距离下,转化成我们肉眼能直接感受到的“移动速度”是非常微弱的。

而且,人的视觉系统对快速移动的物体有一定的“捕捉极限”。当物体移动速度超过一个阈值时,我们看到的会是模糊的残影,而不是清晰的移动轨迹。反过来说,如果物体移动得太慢,我们也可能因为大脑的视觉“惯性”或者对微小变化的“钝感”而觉得它不动。

飞机突破音速后,它在极高空中的移动速度虽然快到足以产生音爆,但它在天空背景下发生的“视线角速度”并不一定是我们肉眼能轻易察觉的“快速移动”。更何况,我们看到的飞机,是它在空中“划过的轨迹”,这个轨迹在极远距离下,显得非常“平缓”。

声波与光波的传播速度差异

这里还有一个重要的原因,虽然很多人会忽略,但它在某种程度上影响了我们的认知:声音和光传播的速度差异。

飞机突破音速时,会产生音爆。我们听到音爆的声音,是在飞机已经飞过一段时间之后才传到我们耳朵里的。而我们看到飞机本身,则是光线以光速(大约每秒30万公里)直接传到我们眼睛里的。光速是声速的几十万倍。

这意味着,当你看到飞机在天上时,你看到的是它“现在”的位置。而当你听到它的声音(如果距离够近且你能听到的话),你听到的是它“过去”的声音。这种时间差会让我们的感知产生一些微妙的影响。

当飞机突破音速,它在空中留下的不仅仅是它的“身影”,还有它的“音爆”。音爆的传播比我们看到飞机要慢得多。这就好像,你看到一个闪光弹爆炸的瞬间(光),但要过一会儿才听到它“砰”的一声(声)。即使飞机在天上快得飞起,我们看到的依然是它在那一刻的“影像”,而“慢悠悠”的音爆,反而会衬托出它“缓慢”移动的视觉感受。

飞机在天空中的视角和运动方式

再者,飞机在天上飞行,很少是直线朝着你飞来的,更多的是在天空中画出弧线或者相对平行的轨迹。我们观察到的“缓慢”,也可能跟飞机运动的“方向”有关。如果它侧向飞行,或者远离我们飞行,相对于我们视线的“相对速度”就会更慢。

打个比方,如果你看到一辆车从你面前开过去,它的侧影相对于你的视线变化很快。但如果那辆车是朝着你远方疾驰而去,你看到的它大小的变化和位置的移动就会显得缓慢得多。

所以,总结一下,为什么你看到飞机即使突破音速,在地上仍然觉得它飞得慢?

1. 巨大的距离: 这是最根本的原因。极远的距离极大地减小了飞机在天空中相对于我们视线的移动角度,让它看起来像在慢慢挪动。
2. 视觉感知角度: 我们是根据物体在视野中的角度变化来判断速度的。对于远方的飞机,即使它在空间中移动了很远的距离,它在我们视野中的角度变化也是微乎其微的。
3. 相对速度概念: 我们觉得“快”是相对于我们自身或者身边其他事物的。在极远的距离下,飞机相对于天空背景的移动速度,在我们眼中被“稀释”了。
4. 声光传播速度差异(次要但影响认知): 虽然我们看到的是光速传播的影像,但有时我们会将飞机的“可见性”与“可听性”联系起来。音爆的相对“缓慢”传播,会在一定程度上影响我们对飞机整体速度的感知。
5. 运动轨迹影响: 飞机通常不是直接朝我们飞来,侧向或远离的飞行方向也会让它在我们眼中的移动速度显得更慢。

所以,你看到的“缓慢”,其实是你眼睛和大脑在极远距离和高空速度下的一个“真实”的视觉处理结果,它和飞机在空气动力学上的“飞得快”是两个层面的概念。它快得让人惊叹,但我们看到它时,那份惊叹,更多是源于它飞得那么“远”,却还能被我们捕捉到的那一丝痕迹。

网友意见

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就是说啊,为啥j20是隐形战斗机我还能用肉眼看到?

为啥没有航空公舰?

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