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墨滴

张春成

2021/11/22  阅读:16  主题:默认主题

今天的风儿有些喧嚣

今天的风儿有些喧嚣

今天刮大风,刮的建筑像要被吹跑似的。 所以趁着机会做一个简单的粒子运动模拟。


前因后果

今天刮大风,整个建筑猎猎作响,一开始竟然不知道如此伟力竟来自何处。

经高人指点,明白我们的办公室是在一个凹形的中间处,所以窗外的风格外的大。

虽然直觉上这个说法是成立的,但毕竟没有经过实验,无从考证。 恰恰前两天看过一个开源项目,可以对于这个东西进行一些模拟。 这是一个粒子运动的物理模拟引擎[1]

我对它做了一些可视化方面的改进,效果如下

【这是一段棒到不行的视频】

该视频呈现了大量粒子在一个凹形槽中自由运动时的位置和速度分布, 位置就是位置,而颜色代表速度。 视频上半部分的仪表,代表速度统计的直方图均值历史最大值当前最大值这些关键信息。

可视化说明

那么从图中我们能看到哪些信息呢?

  • 首先,在这一大砣粒子初始建立平衡态的过程中,会经历一个严重的不稳定状态,

    Liquid Simulation
    Liquid Simulation

    可以看到稳定状态下,速度高值为0.0013,而总时间跨度下速度最高值为0.0190, 这代表在系统建立稳定状态的过程中,其不稳定的冲量大小为正常高值的10倍以上, 这就已经解释了大风天气,建筑凹角往往会面临巨大风速的安全隐患;

  • 其次,在系统达到动态平衡之后,粒子运动呈现层流特性, 即上层粒子向一个方向流动,下层粒子向相反方向流动(分别用红、绿两个颜色表示)

    Liquid Simulation 1
    Liquid Simulation 1
    Liquid Simulation 2
    Liquid Simulation 2

    也就是说,我们虽然从宏观上看,粒子是呈现左、右往复运动, 但实际上,粒子是呈现转动的运行模式。 十分的有意思。

代码说明

相关代码可见我的代码笔记本[2]

读者如果有兴趣,可以从代码中绘制出某一个粒子的运动轨迹, 从而进行粒子行为的研究。

最近有一本物理学书火起来了, 叫做《More is Different》, 就是探讨由于粒子数量堆积而产生的宏观行为差异。

十分的有意思。

参考资料

[1]

物理模拟引擎: https://google.github.io/liquidfun/testbed/liquidfun.js

[2]

代码笔记本: https://observablehq.com/@listenzcc/liquidfun-with-colors

张春成

2021/11/22  阅读:16  主题:默认主题

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张春成