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。

日光燈并不是連續發光的，而是隨著交流電的頻率不停地閃爍，斷續地將物體照亮。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。