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逛汽车4S店时,经常会听到推销人员介绍,“我们这款汽车采用了减速玻璃,让你在驾驶过程中更加安全。”刚听听还觉得没什么,听多了后,埋藏在心底的Geek思维就开始作怪了。什么是减速玻璃?为什么要减速?减速了不是更容易出车祸吗?本着Geek一贯刨根问底的精神,我们来看看减速玻璃究竟是个什么玩意儿。
减速的意义何在?
要弄懂减速玻璃究竟是什么,我们不得不从头来搞清楚为什么需要减速。好在答案还算不难,通过中学物理知识的学习,我们可以大胆假设、再虚心求证—问题也许就出在光的折射上。为此,我们就来复习一下这个物理知识,当光入射到不同介质的界面上时,会发生折射和反射(反射不是我们这次要研究的问题,后面就忽略不说了)。入射光和折射光位于同一个平面上,并且与界面法线的夹角满足“n1sinθ1 = n2sinθ2”的关系,其中,n1和n2分别是两个介质的折射率,θ1和θ2分别是入射光(或折射光)与界面法线的夹角,叫做入射角和折射角。看到这一串不带任何感情的描述,是不是有点难以理解呢?简单点说,就是光在进入不同介质之后会发生程度不同的折射,那怕它是透明的水、塑料,甚至玻璃。于是,问题产生了。汽车前方的物体随着汽车的移动,而相对于司机也在不停地移动。那么这时司机眼中物体移动的速度和真实物体移动的速度是不同的,司机对物体位置的判断也是不准确的。再说了,前面这些理论分析都是在一个点的情况下所发生的,如果换成真实的场景,看看光线折射是多么的恐怖吧。
挡风玻璃能减速吗?
就像前面所说的,光线折射对驾驶人员的影响非常大。因此,汽车的挡风玻璃最大的作用就是避免折射的影响,所以它的制造工艺比一般的平板玻璃更加精细,例如在控制厚度以及均匀度等方面做得更好。普通平板玻璃由于工艺上的问题,会使得光线折射不均匀,而让运动物体看起来变得恍惚,给人的感觉就是物体本身运动得比实际的更快(“快”其实不是一种严谨的说法,但便于理解。较为准确的说法是透过普通平板玻璃看到物体的运动轨迹,跟实际的相比,会因为折射而显得扭曲)。这还是在平整的情况下得到的结果,更何况现在汽车的挡风玻璃为了配合车身的曲线,都带有一定弧度,在这种情况下如果使用普通玻璃,光线的折射将更加严重。挡风玻璃为了减少折射带来的影响,会细致地调整玻璃在厚度、平面度、以及曲率的误差,使得驾乘人员的视觉效果与没有玻璃时一样。此时,整块挡风玻璃的各处厚度并不完全相同,而是遵循一个按照厚度和折射率推导出来的函数关系。
汽车玻璃也从最早的平板玻璃发展到了现在的夹层玻璃、钢化玻璃、部分钢化玻璃、中空玻璃。但是最基本的光学诉求却从来没有变过,那就是尽量减少光线折射带来的影响。因此,与其说汽车挡风玻璃具有减速的作用,不如说汽车挡风玻璃最大的作用是让你完全感觉不到它的存在(至少视觉上完全没感觉)。
什么样的玻璃才能减速?
照理说我们的研究已经结束了,汽车玻璃并不减速,但是Geek可不能就这样半途而废,我们要问的是,“什么样的玻璃才减速?”既然问题是由中学物理所引出的,最后我们还是回到中学物理上。翻开中学物理课本,找到凹透镜这章,我们就会看到凹透镜具有如下几个成像特性,物像与物体在同侧、物像移动方向总是与物体移动方向相同、物体移动速度恒大于物像移动速度。所以说要想汽车挡风玻璃有减速的效果,最简单的办法就是在汽车上使用凹透镜来做挡风玻璃。不过以目前汽车挡风玻璃的边缘厚度为基准,要实现如此大的曲率,势必需要将挡风玻璃的中间部分做得非常薄,搞不好在高速公路上撞只苍蝇也会使挡风玻璃破碎。此外,我们最常见到近视眼镜也是一种凹透镜,因此从理论上讲,戴眼镜的司机看到的物体移动会比实际来的慢,但事实上,由于距离等因素,这种感觉微乎其微。
所以以后你还听见4S的销售人员在用减速玻璃的概念来忽悠你,不要客气,拿出Geek的精神和他讲道理,争取让他听得无地自容、羞愧不已,让他这辈子都以提到这四个字为耻,要让他知道,Geek很生气,后果很严重。
减速的意义何在?
要弄懂减速玻璃究竟是什么,我们不得不从头来搞清楚为什么需要减速。好在答案还算不难,通过中学物理知识的学习,我们可以大胆假设、再虚心求证—问题也许就出在光的折射上。为此,我们就来复习一下这个物理知识,当光入射到不同介质的界面上时,会发生折射和反射(反射不是我们这次要研究的问题,后面就忽略不说了)。入射光和折射光位于同一个平面上,并且与界面法线的夹角满足“n1sinθ1 = n2sinθ2”的关系,其中,n1和n2分别是两个介质的折射率,θ1和θ2分别是入射光(或折射光)与界面法线的夹角,叫做入射角和折射角。看到这一串不带任何感情的描述,是不是有点难以理解呢?简单点说,就是光在进入不同介质之后会发生程度不同的折射,那怕它是透明的水、塑料,甚至玻璃。于是,问题产生了。汽车前方的物体随着汽车的移动,而相对于司机也在不停地移动。那么这时司机眼中物体移动的速度和真实物体移动的速度是不同的,司机对物体位置的判断也是不准确的。再说了,前面这些理论分析都是在一个点的情况下所发生的,如果换成真实的场景,看看光线折射是多么的恐怖吧。
挡风玻璃能减速吗?
就像前面所说的,光线折射对驾驶人员的影响非常大。因此,汽车的挡风玻璃最大的作用就是避免折射的影响,所以它的制造工艺比一般的平板玻璃更加精细,例如在控制厚度以及均匀度等方面做得更好。普通平板玻璃由于工艺上的问题,会使得光线折射不均匀,而让运动物体看起来变得恍惚,给人的感觉就是物体本身运动得比实际的更快(“快”其实不是一种严谨的说法,但便于理解。较为准确的说法是透过普通平板玻璃看到物体的运动轨迹,跟实际的相比,会因为折射而显得扭曲)。这还是在平整的情况下得到的结果,更何况现在汽车的挡风玻璃为了配合车身的曲线,都带有一定弧度,在这种情况下如果使用普通玻璃,光线的折射将更加严重。挡风玻璃为了减少折射带来的影响,会细致地调整玻璃在厚度、平面度、以及曲率的误差,使得驾乘人员的视觉效果与没有玻璃时一样。此时,整块挡风玻璃的各处厚度并不完全相同,而是遵循一个按照厚度和折射率推导出来的函数关系。
汽车玻璃也从最早的平板玻璃发展到了现在的夹层玻璃、钢化玻璃、部分钢化玻璃、中空玻璃。但是最基本的光学诉求却从来没有变过,那就是尽量减少光线折射带来的影响。因此,与其说汽车挡风玻璃具有减速的作用,不如说汽车挡风玻璃最大的作用是让你完全感觉不到它的存在(至少视觉上完全没感觉)。
什么样的玻璃才能减速?
照理说我们的研究已经结束了,汽车玻璃并不减速,但是Geek可不能就这样半途而废,我们要问的是,“什么样的玻璃才减速?”既然问题是由中学物理所引出的,最后我们还是回到中学物理上。翻开中学物理课本,找到凹透镜这章,我们就会看到凹透镜具有如下几个成像特性,物像与物体在同侧、物像移动方向总是与物体移动方向相同、物体移动速度恒大于物像移动速度。所以说要想汽车挡风玻璃有减速的效果,最简单的办法就是在汽车上使用凹透镜来做挡风玻璃。不过以目前汽车挡风玻璃的边缘厚度为基准,要实现如此大的曲率,势必需要将挡风玻璃的中间部分做得非常薄,搞不好在高速公路上撞只苍蝇也会使挡风玻璃破碎。此外,我们最常见到近视眼镜也是一种凹透镜,因此从理论上讲,戴眼镜的司机看到的物体移动会比实际来的慢,但事实上,由于距离等因素,这种感觉微乎其微。
所以以后你还听见4S的销售人员在用减速玻璃的概念来忽悠你,不要客气,拿出Geek的精神和他讲道理,争取让他听得无地自容、羞愧不已,让他这辈子都以提到这四个字为耻,要让他知道,Geek很生气,后果很严重。