当向两张纸条中间吹气时,两纸条相互靠近,这表明因吹气,两张纸条之间气体的流动速度大,两张纸条外侧的空气流动速度小,纸条的互相靠近说明纸条的两侧受到的压力是不一样的。由此可以证明,气体流动速度越快,压强越小。
现在,我们回过头来说一说打水漂的问题。根据流体力学的原理,流速越大压强越小。当石子(密度比水大)掠过水面时,就会带动它所掠过水面的水在非常短的时间内快速流动,从而使水面压强减小,而更下面的水是静止不动的,产生的压强较大,如此就对石子产生一个压力。
当压力大于石子的重力时,石子就会弹起。此种情况重复多次,石子就会出现在水面跳跃的情况。当压力小于重力时,石子就会沉入水中。此外,当石子旋转时,更能带动水的流动,石子跳跃的次数就会更多。
你肯定有坐火车或者地铁的经历吧?那么,你知道为什么在等待火车、地铁进站的时候,一定要站在白线之外吗?这是因为物体高速运动时会产生一股气流,高速运动的流体会产生压力差,且流动速度越快所产生的负压越大。所以,当火车和地铁进站时由于高速运动会产生一种气压,这种气压会将距离车体一定范围内的物体推向火车,当达到一定推力时,就可能酿成惨剧。
高速行驶的汽车,在车里朝外扔东西,往往从前窗扔出,会从后窗再次进来。这也是同样的道理。
天鹅、龙虾、梭鱼拉车
故事里的大学问
一天,天鹅、龙虾、梭鱼在散步的时候,发现路上有一辆车,天鹅、梭鱼都觉得这个玩意很怪,不知道这是什么东西,就问龙虾。龙虾说:“这是车,我们来拉一拉吧。”天鹅和梭鱼异口同声地说:“好的,我们试一试吧。”
天鹅说:“一二三,加油!一二三,加油!”只见天鹅拼命地向上拉,梭鱼在车的侧面拼命地向水里拉,站在车后的龙虾则弓着身子向后拉,他们连吃奶的劲都使上来了,也没有拉动车子。
天鹅带着怀疑的语气问:“龙虾,梭鱼,你们是不是在偷懒啊?”龙虾说:“我没有偷懒!”天鹅说:“那一定是梭鱼偷懒。”梭鱼说:“我也没有偷懒!”天鹅说:“那怎么拉不动大车呀?”它们想呀想,想不出结果。
这个故事出自俄国作家克雷洛夫的寓言《天鹅、梭鱼与虾》,那么,你认为按照天鹅、龙虾、梭鱼的拉车方法,车子真的会一点也不动吗?
真相是这样的
这是个寓言故事,意在告诉我们只有团结一致,才能做成事情。不过,如果用科学严谨的方法来推敲这个故事,车子一点也不动,似乎并不能说通。
冲向云霄的天鹅使劲向上拉,克服了车子的重力,所以减小了车轮跟地面和车轴的摩擦,也就是让车子变轻了。
剩下来还有两个力:龙虾的拉力和梭鱼的拉力。龙虾是向后拉的,而梭鱼是在车子的侧面拼命地向水里拉,也就是说,龙虾和梭鱼的力是互相成角度的。所以说,它们的合力就一定不会等于零,再加上天鹅向上拉,已经使车的重量减轻了一点,车子就应该更容易移动才对。
至于车子会向哪个方向移动,是向前、向后,还是向旁边,这就要看这几个力的相互关系和所成的角度大小了。所以说,这个寓言故事里面有很多需要考证的东西。如果真如寓言所说,车子一点都没有被拉动,只有一个条件,那就是车轮跟车轴和地面的摩擦力比合力大,但这与寓言的内容不符,因为“对它们说来,货车似乎是很轻的”。
在上面的这个故事中,涉及的物理知识是力的合成。在大多数实际问题里,物体不只受到一个力,而是同时受到几个力。比如,静止站在水平地面上的人处于平衡状态,受到地球所给的重力和地面的支持力,是一对平衡力。
如果一个力的作用效果与几个力共同的作用效果相同,则这一个力就叫作这几个力的合力。求两个或两个以上力的合力的过程或方法叫作力的合成。比如,一个长方形木块,在它的左端有一个4牛的拉力,在它的右端有一个6牛的拉力,与左端的方向相反,此时合力为2牛,在右端。
当然,这个合力是假想的力,不是真实存在的。
蚂蚁从高处落下为何不会摔死
故事里的大学问
森林里,新成立了一家保洁公司——蚂蚁清洁有限责任公司。公司开业不久,就接了一笔订单——为蜘蛛家打扫卫生。蜘蛛住在一棵大杨树上,这可是高空作业,相当危险。
蚂蚁刚到蜘蛛家就忙活起来,蜘蛛大婶见蚂蚁们没有带任何防护措施,徒手爬来爬去,紧张地说:“你们要注意安全!”蚂蚁们不以为然地回答:“放心吧,没事的。”
蜘蛛大婶还是不放心,又问:“你们上保险了吗?”蚂蚁们听后哈哈大笑,“上什么保险啊?我们从高空落下来也不会摔死的。”说完,一只领队的蚂蚁还做了一个示范,把蜘蛛大婶吓得魂飞魄散,但落下来的蚂蚁一骨碌,从地上爬了起来,没有受一点伤。
那么,你知道蚂蚁从高处落下来,为什么摔不死吗?
真相是这样的
众所周知,人从楼上掉下来,即使摔不死,也会摔成重伤。蚂蚁从高处落下来却能安然无恙,道理就在于:物体在空气中运动时会受到空气的阻力,其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小密切相关。物体小、与空气接触的表面积又大,重力和阻力就很容易平衡,这样就会使物体降落的速度变小。
“猫有九条命”,是说猫从高处摔下来总是摔不死。猫当然没有九条命,猫从高处摔下来不会摔死是因为猫有发达的平衡系统和完善的机体保护机制。当猫从空中下落时,尽管开始时背朝下、四脚朝天,但在下落过程中,它总是能迅速地转过身来,当接近地面时,前肢已做好着陆准备。
猫脚趾上有厚实的脂肪质肉垫,能大大减轻地面对猫体反冲的震动,有效地防止震动对各脏器的损伤。猫的尾巴也是一个平衡器官,就像飞机的尾翼一样,这有利于身体的平衡。不过,如果高度太高或太低,猫就有可能会被摔死。因为太低时,猫来不及翻转便着地,太高的话,冲击力过大。
飞鸟竟会击落一架飞机
故事里的大学问
1962年11月,赫赫有名的“子爵号”飞机正在美国马里兰州伊利奥特市上空平稳地飞行,突然一声巨响,飞机从高空栽了下来。酿成这次空难的罪魁祸首竟然是一只在空中飞翔的天鹅。
1991年10月6日,海南海口市乐东机场,海军航空兵的一架“014号”飞机刚腾空而起,砰的一声巨响,机体猛地一颤,飞行员发现左前三角挡风玻璃完全破碎。令人庆幸的是,飞行员凭着良好的心理素质和娴熟的技术,最终使飞机安全降落在跑道上。后来查明,挡风玻璃破碎的原因竟然是飞机撞上了一只迎面飞来的小鸟。
一只鸟的体积那么小,却能对一架大飞机的安全造成威胁,真是不可思议啊!
真相是这样的
虽然世界各地的机场采取了很多办法驱赶鸟,防止造成空难,但是鸟“击中”飞机的事情依然时有发生。那么,庞大的飞机为何惧怕小鸟呢?小鸟又为何有那么大的力气能击落飞机呢?
我们知道,运动是相对的。当鸟儿与飞机相对飞行时,虽然鸟儿的速度不是很快,但是飞机的飞行速度很快,对于飞机来说,鸟儿的速度也就很快。速度越快,撞击的力量就越大。
比如,一只450克的小鸟,撞在速度为每小时80千米的飞机上时,就会产生1500牛的力;要是撞在速度为每小时960千米的飞机上,就能产生216万牛的力。如果是一只1800克的鸟撞上速度为每小时700千米的飞机,产生的冲击力比炮弹的冲击力还要大。这就不难理解,一只鸟为什么能够击落一架飞机了。
此外,如果鸟被吸进飞机的发动机,就会破坏发动机的叶片,让发动机停止工作,这同样会导致机毁人亡的严重后果。
2012年5月29日,杭州长运客运二公司员工吴斌,驾驶客车从无锡返杭途中,突然有一块小铁块从空中飞落击碎车辆前挡风玻璃,造成吴斌肝脏破裂及肋骨多处骨折,肺、肠挫伤。危急关头,他强忍剧痛,完成一系列完整的安全停车措施,确保了旅客的安全,而他自己却因伤势过重而去世。
看过吴斌的事迹后,你也许不理解为什么一个小小的刹车鼓碎片能将吴斌伤得如此严重。当时吴斌驾驶的大巴时速在94千米左右,对向车道掉下刹车鼓碎片的大货车最低限速70公里每小时,从而可以推算出铁片的瞬时速度约为164千米每小时,也就是每秒的飞行速度接近46米,相当于手枪子弹速度的十分之一。
挡风玻璃9毫米厚,铁片击穿玻璃,只需00002秒。根据动量守恒定律计算,击穿玻璃后,铁片还会以30米每秒的速度飞行,产生冲量相当于25公斤的铁片从50米高处坠落,砸中了吴斌的腹部,其后果可想而知了。
高尔夫球上的神奇小坑
故事里的大学问
高尔夫球是一项比较高雅的贵族化的体育运动,最早出现在苏格兰,并在民间很快流行起来。由于此风盛行不衰,以至于国王雅克二世不得不下令禁止高尔夫球。他认为臣民们将过多时间耗费在高尔夫球游戏上非常可惜,应当从事射箭、骑马等更有实用意义的活动。
尽管如此,高尔夫球一直是苏格兰的国球。高尔夫球最初是用皮革制成,里面填塞羽绒。胶质球心的高尔夫球发明于1902年左右。此后相当长一段时期,高尔夫球一直在贵族阶层流行,并作为一种身份的标志。
不知道你是否仔细观察过,现在的高尔夫球上有很多小凹坑,你知道这些小洞是用来做什么的吗?为什么乒乓球很光滑,高尔夫球却被做成这副模样呢?
真相是这样的
其实,高尔夫球原本是圆滑没有凹坑的,只是在偶然中,人们发现有凹坑的球会比表面圆滑的球飞得更远,之后人们就把高尔夫球制作成有凹坑的样子。
空气对于任何在其中运动的物体都会施予一定的力,当你坐在正在行驶中的车把手伸出车外时,你能明显感觉到这个力的存在。空气动力学家把这个力分成两部分:升力及曳力。曳力的作用方向与运动方向相反,升力的作用方向是朝上垂直于运动方向的。
正在高速飞行的高尔夫球,在它的前方会有一高压区,空气流经球的前缘再流到后方时,就会与球体分离。同时,球的后方会有一个紊流尾流区,在此区域气流起伏扰动,导致后方的压力较低,尾流的范围会影响曳力的大小。
高尔夫球上设计有小凹坑,目的在于小凹坑可使空气形成一层紧贴着球表的薄紊流边界层,使平滑的气流顺着球形多往后走一些,从而减小尾流的范围。所以,有凹坑的球所受的曳力只有平滑圆球的一半。
此外,小凹坑也会影响升力。一个表面平滑的回旋球,会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高,这有助于球向上产生推力,高尔夫球的自旋会产生向上的升力,还有球的小凹坑也可以提供最佳的升力。
以上就是高尔夫球设计有小凹坑的原因。
一只羽毛球最突出的部分就是羽毛,那么,羽毛在羽毛球运动中起着怎样的作用呢?
首先,羽毛可以保证羽毛球飞行的速度、路线与轨迹。在单位时间内,任何东西都受到重力的影响而下降。由于羽毛球的羽毛部分较大,就可以使它在行驶中受到的阻力增大,降低其速度,速度下降了,单位时间内行驶的距离就短,所以,羽毛球的场地就较小。
其次,物体在空气中受到同样的力时,速度与密度成正比,密度越大的物体,速度越快。羽毛球在空气中受到同样的力时,速度与密度成正比,保证了在前进中、上升中和下落中其橡胶头在前,羽毛在后,这样才能使运动员实现连续击球。