为什么热空气让物体看起来模糊不清?

感谢悟空的信任和推荐。作为头条科学领域的作者,我这里要很认真的回答题主的问题。
为什么热空气让物体看起来模糊不清?

一、光的折射对像的影响

光的折射是中学就接触过的话题,本来没有什么可说的,但由于有小伙伴提问了,这里我们就多写几句。

光的折射是发生在光进出两种不同光密介质的表面上,在介质的交界处发生的一种现象。这种现象在自然界中普遍存在。就比如我们在船上看到水面下的鱼,其实际位置要比我们看到的深一些。
为什么热空气让物体看起来模糊不清?

二、介质的运动对像的位置的影响

如果我们拿起一个透镜,看透镜背后的物体,现在移动透镜,我们会发现物体运动了。事实上,这不是物体运动了,而是物体所成的像运动了。

根据这个实验,我们可以知道,物体所成的像,物体发出的光线经过的路线有关。如果这条路线一直在变化,而我们感知物体的位置,在光线入射的反向延长线上,那么这个像自然就会动。
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三、热空气对像的影响

道理其实很简单,一个平衡态的热空气,不与外界发生对流的情况下,它与交界处的空气形成一个不同光密介质的界面,光会在这个界面处发生折射,由于两种介质都是稳定的,所以光路也是固定的。

通常在大气中,这是一个开放的环境,不同区域内大气的温度不相同,这导致了空气会发生对流。而这种由于温度导致的对流意味着,大气处处是不均匀的。

穿过这样密度随机变化的空气,就会不断变化的光路,我们人自然也就觉得像一直在动了。
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四、人眼的反应速度对像的影响

人产生视觉其实是一个复杂而又缓慢的过程。

当一束光经过角膜、玻璃体投射在视网膜上,视网膜的感光细胞在光的刺激下,产生钠离子进出细胞壁的行为。这种钠离子的行为,以波动的形式(这种波动类似大型运动会上那种人浪),沿着视神经传递给大脑,在大脑的PS下最后形成视觉。

这个过程其实很慢,慢到我们无法识别速度快到一定程度的画面。以我国视频标准PAL制为例,每秒25帧画面。超过25帧的画面,对我们意义就不大了。

同样道理,如果画面帧数很少,低于每秒20帧,我们就能感觉到画面的卡顿。

大气中的湍流对像的影响正在于此。由于温差导致的大气随机密度变化,带来的是光路的不断变化,如果这种大气变化的速度很快,超出了人眼睛的反应速度极限,这就导致了我们看到的图像是模糊或者是抖动的。
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五、光学设备与成像

大气的这种变化不仅对我们的视觉有影响,同时也对很多光学设备有影响。这里我举两个例子:

其一、照相机。照相机的感光元件的反应速度远超人眼,如果您透过大气的湍流看到的是一团模糊的像,其实可以让相机来捕捉清晰的画面,简单来说就是用恰当的高速快门。只要快门速度够,再动荡的画面都能凝聚成瞬间静止画面。

其二、家用天文望远镜。如果您在天文望远镜中看过月亮,就会发现很奇怪的现象,原本平静的月面,会像一汪水那样不时地抖动一下。其实,这就是湍流带来的影响。
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六、电子云

可能有小伙伴会说,不就是问了一下热空气对像的影响,老郭怎么还扯到电子云上了呢。其实,我也是要借这个机会解释一下,电子云不是云,电子在任何时候都是一个真实的小微粒,但它运动得实在是太快了,以至于,我们能看到的,电子总是像一片云。

这与我们前面说的人眼看到的画面和相机看到的情况类似,当我们的反应很慢时,我们实际上看到的,电子是处在不同位置上的叠加。

这种情况与我们用中低速快门拍摄高速运动的物体看到的画面是一致的。
为什么热空气让物体看起来模糊不清?

结束语

说了这么多,希望我的解释能够让题主满意。热空气之所以会让画面模糊,不是因为热,而是因为温差带来的湍流,造成像的位置不断变化,同时,由于人体的画面接收器反应太慢,导致这些变化的图像叠加起来,我们看到的画面就变得模糊不清了。

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这是十分常见的物理现象,夏天通过汽车引擎盖或烟囱,可以看到背后的景物晃动和模糊,原因是由于光在空气中传播时遇到了不均匀的解质,而光在介质中传播会被折射。

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光在匀质介质中的传播速度使恒定的,在真空中传播速度最快,在介质中的传播因为介质折射率的不同传播速率也不同,可理解为物质微观层面的晶体构造阻碍光的传播,当光以小于90°的入射角动一种介质传播进入另一种介质的时候就会发生折射,而折射也是光的色散的原理,可以通过一个很简单的实验实现,用一个盆子装点水,然后镜子用水泡湿,再把镜子的一半露出水一般仍至于水中,这时发射的阳光机会被色散,在墙上形成类似于彩虹的七彩光影。但其实阳光中的颜色很多,只不过人类只能识别组成可见光的七种颜色。

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而空气是一种分子间隙比较大的混合物,不像液体固体那样分子间距很近,这种特点造成分子的热运动更加随机,在受热的情况下分子间的距离会增加,于是空气更容易膨胀,但是热源的体积毕竟有限,热传导又是靠直接的接触或者红外线辐射的方式传递,那么距离热源远得到的热量比较少,距离近的得到的热量多,这就导致热源附近的气体受热不均,受热不均已经可以导致对光的折射率的不同,已经可以使人通过热空气看物体时看到的景物变得模糊。

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而气体受热的不均匀,热胀冷缩,在引力的作用下,受热气体膨胀密度减小自然向上飘,这导致气体压力下降,周围受热较少密度较大的气体压力更大,会补充热气上升后留下的空缺,形成局部的气体环流。气流的运动导致本就受热不均的气体再次涌动,造成气体的折射率不断变化。所以通过热气看物体的时候,不仅显得有些模糊,还有些飘忽,前者只因为气体受热不均,后者是因为以某固定物体为参照物的情况下某个具体点的气体密度不断地变化,气体形成湍流,于是导致物体看起来动了起来。

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这种现象非常常见,夏季通过汽车引擎盖就能看到这样的现象,而柏油马路因为是黑色吸热更迅速,路面上也有这样的现象,而这种现象是引起另一种更神奇的现象的基础,那就是海市蜃楼。地球近地表的大气获得的热量主要来自于地面的热辐射,那么距离地面越近受热越多,气体更加稀薄,距离地面远气体相对浓密一些,也导致气体对光折射率的不同,使得近地面的气体分层,会对周围的光线产生很多次的折射,直到在某个气体界面形成全反射,于是路面就像镜子一样可以映照周围的物体,这种现象夏季也十分常见,这类景象被称为蜃景,看起来像有水,但其实啥也没有。

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海市蜃楼的起因也是气体的受热不均,一定范围内景物的反光在不均匀的大气折射,最终使得物象呈现在天空上。因为海市蜃楼是光形成,而光在空气中传播会被吸收,光传过去后不会留下任何印记,所以海市蜃楼的原景都存在于海市蜃楼不是很远的地方。之所以很多人说找不到愿景,是因为这种现象很常见且发生比较偶然,即便是找到原景也没什么意义,居住在海边常见到海市蜃楼的人估计会比较清楚。


这是光的折射现象。

热空气使物体表面的区域温度升高,又因为空气的热胀冷缩,使靠近物体的地方空气稀薄,空气的密度不均匀对光的折射率发生变化,使得视线看到的东西变得变化不定,变的模糊了。

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炎炎夏日我们总能看到路面上远方的物体模模糊糊,像是有一股热浪在轻微地流动一样。这其实是因为空气中的密度分布不均匀造成的。温度高的地方,空气密度相对较小,然而这些温度高的气体会不断从下往上升。所以就形成了物体模糊不清和扭曲的效果。


这就是热胀冷缩,物体到到你眼睛的这一条光路上,温度分布是不均匀的,由于温度高的气体密度小,因此密度的不同导致了折射率不同。另外温度高度密度小的气体同时在向上运动,加剧了密度的不均匀分布。

为什么热空气让物体看起来模糊不清?


这是由于热胀冷缩的原因,温度分布不均匀,由于高温物体的密度小,由此就导致了看东西模糊不清


热空气和冷空气密度不同,在它们的结合部位就会产生棱镜效应(简单的来说就是,光的折射、传播),使物体的位置看起来发生变化,如果热空气是运动或者不稳定的,那么这个棱镜也是运动的,所以就会发生你说的这种现象。

如果其他小伙伴还有不同答案,就来一起讨论吧!


我也不知道啊,这里到底有什么原理?在夏天公路远处像有一汪水,走到近处才发现什么也没有。有时候这汪水还能够看见倒影。我觉得海市蜃楼就是这个效应引起的。应该不只是热空气主要还是里面有水分。有水分的空气上升,然后就看起来一汪水。对,就是有水,空气里面有水。海市蜃楼就是因为含有水分的空气上升。