第三屆五四青年智力競賽部分試題解答（二）

楊益森

第7題

題目:

晚上在日光燈照耀下，啟動電風扇后，可以看到扇葉由慢到快地加速旋轉。但是在連續(xù)加速過程中，有時看起來扇葉好象是靜止不動的，有時又仿佛在緩慢地倒轉。這種現象叫“頻閃現象”，可以用來測轉速，若已知轉速是1500轉/分，三片扇葉的間隔都是120°，那么，此時扇葉看起來是——的。

a、正轉。b、仿佛倒轉。c、好象靜止。

答案:C

解題:

夏日的夜晚，日光燈發(fā)出青白色的柔光，投射在電風扇上。按下電鈕，電風扇徐徐啟動，吹起陣陣涼風，使人感到非常舒適。奇怪的是，隨著電扇轉速的變化，電扇葉片有時象是靜止不動的，有時又象是在緩慢地“倒轉”。這到底是怎么一回事呢?

說起來，這和電影有某些相似之處。電影攝影機把連續(xù)運動的過程按時間順序分割成一幅幅逐漸變化的靜止畫面，記錄在膠片上。一般是每秒二十四幅畫面。當用放映機以同樣速度依次重放這些靜止畫面時，由于人類視覺具有瞬間保留印象的特性，就會產生連續(xù)運動的感覺。

例如，一個指針的順時針旋轉可以分割成依次相差45°的畫面(每個畫面在時間上相差1/24秒)。而一個逆時針旋轉的指針也可以分割成類似的畫面。

但是當指針的轉速加快時，在1/24秒內轉動的角度可以超過180°，比如說可以達到315°，那么，這時膠片上記錄的順時針快速旋轉，就與逆時針慢速旋轉沒有什么兩樣了。在影片放映時，快速正轉的指針就會變成了慢速倒轉。有時，我們在電影中看到坦克的履帶或汽車輪子“倒轉”，就是這個道理。

當指針轉速恰好與電影攝影機“同步”時，譬如說每秒轉24周(或其整數倍)，那么，在1/24秒內剛好轉一圈(或整數圈)，指針又回到原來的位置，膠片上記錄的就是完全相同的畫面，影片放映時就會得到“靜止”的錯覺。

日光燈并不是連續(xù)發(fā)光的，而是隨著交流電的頻率不停地閃爍，斷續(xù)地將物體照亮。只是因為我們視覺有瞬時保留印象的特性，在一般靜止或慢動物體下感覺不到這種閃爍。其實日光燈照亮運動物體象電影攝影機那樣將連續(xù)的運動過程分割成一個個靜止的畫面。當電扇轉速與電源頻率同步時(100n轉/秒，n是自然數)，這一個個靜止的畫面將是完全相同的，反映到眼睛里，就會覺得電扇是“靜止”不動的。

由于三片扇葉相似，而且間隔120°均勻分布，所以當轉速為100n轉/秒的三分之一或三分之二時，也可以看到“靜止”的畫面，當然，這時三片扇葉交換了位置。比這些速度略低時，可見到緩慢“倒轉”；比這些速度略高時，可見到緩慢“正轉。”

由于這些現象是光源以一定頻率閃動造成的，故叫作頻閃現象。

在車間里，高速旋轉的工件和卡盤在日光燈照耀下會產生靜止或倒轉的錯覺，它誘使工人去排除實際上并不存在的“故障”，導致嚴重的工傷事故。所以在機床上嚴格禁止使用日光燈。當必須使用日光燈時，要三個燈一組，分別接入三相電源中，以克服燈光的閃爍，避危頻閃現象帶來麻煩。

工程師們常常使用頻閃燈照明，使高速旋轉的機件“靜止”下來，以便于觀察和研究。