由神奇的“香蕉球”說(shuō)開(kāi)去

吳鳳英

看足球比賽時(shí)，你可能見(jiàn)過(guò)這種場(chǎng)面：在靠近對(duì)方球門(mén)發(fā)直接任意球時(shí)，守方球員五六個(gè)人排成“一”字“人墻”，企圖擋住攻入球門(mén)的路線(xiàn)，此時(shí)攻方的主罰球員把球放正位置，然后起腳一記猛射，眼看足球就要繞過(guò)“人墻”偏離球門(mén)飛出界外，但轉(zhuǎn)眼間球又轉(zhuǎn)過(guò)彎來(lái)直撲球門(mén)，守門(mén)員想要起步撲球卻為時(shí)已晚.球早已應(yīng)聲人網(wǎng)了.這就是頗為神奇的“香蕉球”，因?yàn)樽闱虻倪\(yùn)動(dòng)路線(xiàn)是弧形的，像香蕉形狀，因此以“香蕉球”得名，英國(guó)球星貝克漢姆就是一位善踢“香蕉球”的能手.他主罰任意球時(shí)，往往使出“香蕉球”的絕招，使對(duì)方守門(mén)員望球興嘆、防不勝防.他是不是有什么神奇的魔法？不，他不是靠魔法，而是靠科學(xué)，學(xué)習(xí)了流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系后，你自然能夠解釋這種神奇的現(xiàn)象了.

區(qū)分流體靜止時(shí)與流動(dòng)時(shí)的壓強(qiáng)

在學(xué)習(xí)了固體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)后.我們遇到了這樣的問(wèn)題：若是液體或氣體流動(dòng)起來(lái).它們產(chǎn)生的壓強(qiáng)會(huì)和靜止時(shí)有什么不同嗎？我們先來(lái)看看下面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，

實(shí)驗(yàn)1：將一張薄紙的一端靠近嘴唇，另一端自然下垂，沿紙的上方水平吹氣，如圖1，可以看到紙片也隨著飄了起來(lái)，

實(shí)驗(yàn)2：取一玻璃漏斗，開(kāi)口朝下豎直放置，將一個(gè)乒乓球放進(jìn)漏斗的喇叭口中，用嘴從漏斗的頸部向下吹氣，如圖2所示，可以觀(guān)察到乒乓球并未掉下來(lái)，而是被吸在玻璃漏斗的喇叭口內(nèi).

實(shí)驗(yàn)3：把一枚鋁質(zhì)硬幣放在桌面上，沿著硬幣上方與桌面平行的方向吹一口氣.如圖3.可以看到鋁質(zhì)硬幣跳了起來(lái).

為什么會(huì)出現(xiàn)以上現(xiàn)象？原來(lái)紙面、乒乓球和鋁質(zhì)硬幣上方的空氣一旦流動(dòng)起來(lái)，空氣的氣壓會(huì)發(fā)生變化.即紙面、乒乓球和鋁質(zhì)硬幣上、下兩方的壓強(qiáng)不再平衡，于是出現(xiàn)了紙片飄起、乒乓球不落下和鋁質(zhì)硬幣跳起的現(xiàn)象.在進(jìn)行流動(dòng)液體的實(shí)驗(yàn)時(shí)，也可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)流體流動(dòng)起來(lái)，流體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象.

大量的實(shí)驗(yàn)表明：在氣體和液體（統(tǒng)稱(chēng)流體）中，流速越大的位置，壓強(qiáng)越??；流速越小的位置，壓強(qiáng)越大.

例1小華探究氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4甲所示，其中兩端開(kāi)口的U形管中有適量的水.U形管的左端通過(guò)橡皮管與玻璃管側(cè)壁管口相連通.小華用電吹風(fēng)機(jī)向玻璃管中吹風(fēng).玻璃管內(nèi)C點(diǎn)的氣體壓強(qiáng)為p，，U形管內(nèi)液面高度差如圖4乙所示；改變風(fēng)速后，玻璃管內(nèi)C點(diǎn)的氣體壓強(qiáng)為p：，U形管內(nèi)液面高度差如圖4丙所示.根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知p1___p2，第一次通過(guò)C點(diǎn)的風(fēng)速____第二次通過(guò)C點(diǎn)的風(fēng)速.（均填“大于”“等于”或“小于”）

解析：U形管中裝有適量的水，當(dāng)兩管都開(kāi)口時(shí).根據(jù)連通器原理，兩管的液面相平.U形管的左端通過(guò)橡皮管與玻璃管側(cè)壁管口相連通.用電吹風(fēng)機(jī)向玻璃管中吹風(fēng).使通過(guò)C點(diǎn)的空氣流速變大，則連通器左管中的空氣壓強(qiáng)變小，小于右管中的空氣壓強(qiáng)，使得左管中的液面上升，右管中的液面下降，形成液面高度差.兩管的液面高度差越大，表明C點(diǎn)的氣體壓強(qiáng)越小，通過(guò)C點(diǎn)的風(fēng)速越大.比較圖4乙、丙可知，p1小于p2，第一次通過(guò)C點(diǎn)的風(fēng)速大于第二次通過(guò)C點(diǎn)的風(fēng)速.

答案：小于大于

運(yùn)用流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系解釋現(xiàn)象

1.揭秘“香蕉球”

要踢出“香蕉球”.運(yùn)動(dòng)員觸球的一剎那的腳法是要使球向前的，而且要使球急速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，當(dāng)球邊旋轉(zhuǎn)邊高速飛行時(shí)，兩側(cè)的空氣壓強(qiáng)并不相等，例如踢出向左前方運(yùn)動(dòng)的“香蕉球”，如圖5所示.球員用右腳內(nèi)側(cè)踢球的右側(cè)，使得球逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)著向前飛去，此時(shí).空氣相對(duì)于球是向后流動(dòng)的，球左邊的空氣流速比較快，大氣壓強(qiáng)變小.而球右邊的空氣流速較慢，大氣壓強(qiáng)相對(duì)于左邊的較大，氣壓將球向左推進(jìn).球旋轉(zhuǎn)的方向不同，球運(yùn)行路線(xiàn)的轉(zhuǎn)向就不同.其實(shí)，在乒乓球、排球、網(wǎng)球比賽中，都可以利用旋轉(zhuǎn)技術(shù)創(chuàng)造出各種飄忽不定、神秘莫測(cè)的“怪”球，如乒乓球中的弧圈球、排球中的飄球等都是根據(jù)這個(gè)原理創(chuàng)造出來(lái)的.

2.火車(chē)站站臺(tái)前的安全線(xiàn)

坐過(guò)火車(chē)的人都知道，站臺(tái)前都畫(huà)有一條安全線(xiàn).入要站在安全線(xiàn)以外才行，這是因?yàn)榛疖?chē)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人與火車(chē)之間的空氣流速大，壓強(qiáng)小，而人外側(cè)的空氣流速?zèng)]有變化，壓強(qiáng)不變，這樣在人體的內(nèi)外兩側(cè)就產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，如果人站在安全線(xiàn)以?xún)?nèi)，靠火車(chē)太近，這個(gè)朝向火車(chē)的壓強(qiáng)差會(huì)把人推向火車(chē)，釀成事故.

3.飛機(jī)是如何上天的

你有沒(méi)有注意飛機(jī)機(jī)翼截面的形狀？它是上方凸起、下方較平的.當(dāng)飛機(jī)向前飛行時(shí)，機(jī)翼劃過(guò)空氣，氣流被機(jī)翼分成上下兩部分，由于機(jī)翼截面的形狀上下不對(duì)稱(chēng)，在相同時(shí)間內(nèi)，機(jī)翼上方氣流通過(guò)的路程較長(zhǎng)，因而速度較大，空氣對(duì)機(jī)翼上方的壓強(qiáng)較??；下方氣流通過(guò)的路程較短，因而速度較小，空氣對(duì)機(jī)翼下方的壓強(qiáng)較大.這樣，會(huì)在機(jī)翼上下表面產(chǎn)生壓強(qiáng)差，使飛機(jī)受到向上的升力.

4.草原犬鼠的空調(diào)系統(tǒng)

圖6是非洲草原犬鼠洞穴的縱截面示意圖.犬鼠的洞穴有兩個(gè)出口，一個(gè)是平的.而另一個(gè)則有隆起的土堆.生物學(xué)家不是很清楚其中的原因，他們猜想：草原犬鼠把其中一個(gè)洞口堆成土包狀.是為了建一處視野開(kāi)闊的瞭望臺(tái)，但是如果這一假設(shè)成立的話(huà)，它為什么不在兩個(gè)洞口都堆上土包呢？原來(lái)，草原犬鼠在建洞口時(shí)運(yùn)用了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系：當(dāng)有空氣流過(guò)洞口時(shí)，有隆起土堆的洞口上方氣流速度大，使該洞口附近的氣壓降低，而沒(méi)有土堆的洞口上方氣流速度小，洞口附近的氣壓較高.氣體會(huì)從沒(méi)有土堆的洞口流進(jìn)，從有土堆的洞口流出.使得地面上的風(fēng)被“吸”進(jìn)了犬鼠的洞穴，給犬鼠帶去習(xí)習(xí)涼風(fēng).如圖7所示，看來(lái)草原犬鼠還是很聰明的喔！

例2秋天，樹(shù)葉落在路面上，當(dāng)一輛高速行駛的汽車(chē)駛過(guò)時(shí)，路旁的樹(shù)葉會(huì)（）.

A.從路旁吸向汽車(chē) B.從路中間飛向路旁

C.不受影響

D.只向上飛揚(yáng)

解析：由流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系可知，流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的地方壓強(qiáng)大.當(dāng)一輛汽車(chē)高速行駛過(guò)路面時(shí)，汽車(chē)周?chē)目諝獗黄?chē)帶動(dòng)，空氣流速增大，壓強(qiáng)減小，而離汽車(chē)較遠(yuǎn)地方的空氣流速小，壓強(qiáng)大，由于壓強(qiáng)差的存在，導(dǎo)致路面的落葉被吸向汽車(chē).

答案：A

例3詩(shī)人杜甫在《茅屋為秋風(fēng)所破歌》中寫(xiě)到：“八月秋高風(fēng)怒號(hào)，卷我屋上三重茅.”也曾有報(bào)道說(shuō)，某地發(fā)生龍卷風(fēng).將很多人家的屋頂掀飛.但人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：凡是龍卷風(fēng)發(fā)生前將門(mén)窗關(guān)嚴(yán)后再撤離的人家大部分屋頂都被掀飛了，而走得匆忙忘記關(guān)門(mén)窗的人家屋頂大都保存了下來(lái)，為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象？

解析：當(dāng)龍卷風(fēng)從屋頂快速刮過(guò)時(shí)，屋頂上方的空氣流動(dòng)加快，氣體壓強(qiáng)變小，關(guān)嚴(yán)門(mén)窗后，會(huì)使屋內(nèi)的壓強(qiáng)大于屋外的壓強(qiáng)，巨大的壓強(qiáng)差使屋頂被掀開(kāi)了.如果門(mén)窗沒(méi)關(guān)，風(fēng)從屋頂和屋內(nèi)同時(shí)通過(guò)，屋內(nèi)外大氣壓強(qiáng)相等.屋頂就不會(huì)被掀開(kāi)，

答案：見(jiàn)解析.endprint