生活中的流體力學(xué)

張麗萍

流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究在各種力的作用下，流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。流體力學(xué)距離我們并不遙遠(yuǎn)，生活中很多現(xiàn)象可以用流體力學(xué)進(jìn)行解釋。

站臺(tái)上的“生死線

在火車站或者地鐵站的站臺(tái)上有一條黃色警戒線，這條線可不是隨意畫的。當(dāng)列車高速通過站臺(tái)時(shí)，人、空氣、車體就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)伯努利原理，流動(dòng)的空氣流速越高壓強(qiáng)越小，所以越靠近車體的地方空氣壓強(qiáng)越小，高速通過的列車會(huì)把人吸過去，產(chǎn)生很大的危險(xiǎn)。黃線就是根據(jù)列車通過車站時(shí)的最大速度設(shè)置的安全距離，所以大家在等車的時(shí)候千萬不要越過這條“生死線”。

“香蕉球”又稱弧線球，指足球運(yùn)動(dòng)員運(yùn)用腳法使球在空中向前做弧線運(yùn)動(dòng)的踢球技術(shù)。香蕉球常用于進(jìn)攻方在對(duì)方禁區(qū)附近利用球沿弧線運(yùn)行的狀態(tài)，避開人墻直接射門得分。

以右腳為例，當(dāng)球員用右腳內(nèi)側(cè)向球門方向“搓”球時(shí)，球會(huì)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，空氣與球面發(fā)生摩擦，在球周圍產(chǎn)生與球旋轉(zhuǎn)方向一致的氣流。由于球左側(cè)摩擦產(chǎn)生的氣流的流動(dòng)方向與其飛行中迎面遇到的氣流方向相同，因此，球左側(cè)的空氣流動(dòng)速度較快。與此同時(shí)，球右側(cè)的這兩股氣流的方向相反，氣流速度較慢。根據(jù)伯努利原理，右腳內(nèi)側(cè)“搓”起的“香蕉球”在飛行時(shí)會(huì)受到一個(gè)橫向的壓力差，形成橫向作用力，使原本向右飛行的球受到向左的力而向左偏轉(zhuǎn)。

飛機(jī)為什么能飛起來？

飛機(jī)起飛時(shí)，空氣與飛機(jī)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)翼的設(shè)計(jì)及飛行角度使其上表面的空氣流動(dòng)比下表面的空氣流動(dòng)所受的阻力小，即上表面的空氣流速快，下表面的空氣流速慢，從而產(chǎn)生向上的升力。當(dāng)飛機(jī)的速度增大到一定程度時(shí)，機(jī)翼上下表面產(chǎn)生的壓力差與飛機(jī)自身重力相平衡，飛機(jī)就開始離開地面，隨著飛機(jī)速度進(jìn)一步增大，飛機(jī)受到的壓力差會(huì)越來越大，向上的升力也越來越大，飛機(jī)就起飛了。

詭異的海難事件

1912年秋，遠(yuǎn)洋貨輪“奧林匹克”號(hào)高速行駛在太平洋上，遠(yuǎn)處有一艘排水量比它小得多的鐵甲巡洋艦“哈克”號(hào)與它并列高速前行。突然，“哈克”號(hào)像著了魔一樣沖向“奧林匹克”號(hào)，無論舵手怎么調(diào)整航向，悲劇還是發(fā)生了，“奧林匹克”號(hào)的側(cè)舷被“哈克”號(hào)撞出了一個(gè)大洞……詭異撞船，匪夷所思，但根據(jù)伯努利原理，兩船并列航行時(shí)，兩船中間的水流速度要比兩船外側(cè)的水流流速快，所受壓力就比兩船外側(cè)所受壓力小，在水流的作用下，導(dǎo)致兩船相撞。