知識結構
這部份知識出現在小學數學,八年級上冊中。這部份和之前學習的關系如:圖1。
在我們學習了力這個基本概念以后,我們會學習壓力和浮力。不僅固體對壓在它下面的物體有壓力。流體(例如:空氣,水,等)也有壓力和浮力。這么接出來,我們學習了靜止的流體的浮力。主要是大氣浮力和液體的浮力。這么流動的流體有沒有浮力呢?肯定是有的,那流動的流體,它的浮力和哪些有關系流體壓強與流速的關系中考,有哪些特殊呢?這個就是本文要介紹的。
歷史故事
在介紹知識點之前,給你們講一個歷史上的真實的故事。1912年,當時世界上最大的客輪之一、遠洋漁船“奧林匹克號”剛剛駛出列日港。而此時,西班牙皇家空軍霍克號巡洋艦正好從它的從前面駛過來。兩貨船平行前進,相距僅僅100米。而就在這時,意外發生了。兩貨船像弄成磁石一樣,互相吸引,互相緊靠,撞在了一起。
奧林匹克號只輕微損壞,此后安全返航港口進行維修。而霍克號嚴重損壞,幾乎到沉沒的狀態,辛運的是這場車禍并沒有重大人員死傷。在此后的調查中,庭判斷責任怪罪在奧林匹克號一方。宣稱她的排量形成了吸力,將霍克號拉到了它的身邊。
關于流體的流速和浮力的關系,我們可以簡單敘述為:“流速大的地方浮力小,流速小的地方壓強悍”,具體的理論估算和推論,本文就不做過多介紹了,你們在中學和學院的流體熱學課程中也會涉及。
但這件事情隨即起了科學家們的注意,她們發覺可以用100多年前伯努利發覺的流體流速和浮力的關系來解釋此次車禍:當兩船高速并排前進時,兩船外側的水流速率因為被艙室的推動而相對變快,水壓就相對較低;兩船兩側水流速率相對較低,水壓大。這就促使兩船的兩側受的壓力比外側大,在壓力差的作用下,發生了該風波。
日常生活中的場景
在我們的現實生活中的借助這個原理的情況還有好多好多
最常見的事例是客機起飛時侯遭到的升力。你們可以仔細觀察一下客機翼型的橫截面,它是一個上凸,下平形狀。客機打算起飛,滑行的時侯,從上面流過的空氣,通過路徑窄,流過的路徑長,速率快,浮力就比較小。下面的空氣,相對流速慢。翼型上下流速不同,浮力不同,就有了向下的升力。
陰雨天,我們的陽傘,為何特別容易被風刮走呢?仔細看陽傘的橫截面,是不是和客機很像。下雨的時侯,上面流速快,浮力小,下面流速慢,壓強悍。如同客機的襟翼一樣遭到一個升力。
運動員可以讓球順著各類弧線運動,她們是怎么做到的呢?只要讓球一邊旋轉,一邊前進就可以了。追憶一下我們之前學習的,相對速率原理。球旋轉時,在球的轉動方向與前進方向相同的兩側,空氣相對于球的流速小;在另左側,球的轉動方向與前進方向相反,空氣的相對流速大。于是就形成一個從流速小的地方指向流速大的地方的側向力,使球的運動軌跡彎曲,產生所謂的弧圈球或水果球。
在等鐵路或則輕軌的時侯,你們可能都注意到了地上的安全線,由于列車高速前進的時侯,推動周圍的空氣運動,離高鐵近的地方空氣的流速大,浮力小,遠處的空氣流速慢,壓強悍。浮力差,會把人推向列車。所以你們一定不要跨過安全線。在列車以50km/h的速率前進時,路軌旁的人大約會遭到相當于80N左右的力。
有一個十分有意思的案例,美洲草原犬鼠山洞的縱剖面示意圖,山洞有兩個出口,一個是平的,而另一個則是凸起的山坳。這是哪些緣由呢?原先當空氣從地表流過的時侯,一個洞口的流速快,一個洞口的流速慢,兩個洞口的浮力差就不一樣了。浮力差可以讓山洞實現空氣循環。
無論是客機,還是水翼船,都是借助流體提供向下的升力,現實生活中,還有一些情況是借助這個原理,來形成向上的下壓力,例如賽車旁邊的擾流板,這個就是倒置的進氣道,形成向上的下壓力,讓車才能更好的緊抓地面。關于流體流速和浮力的關系的應用,現實生活中還有好多好多,你們只要仔細觀察,就可以發覺。
家庭趣味實驗
實驗1:把字條置于嘴里,使勁順著字條上方使勁吹氣,看一下字條是怎樣運動的。
實驗2:用兩個牙簽弄成一個軌道,放上兵乓球,朝中間吹氣,小球會如何運動?
實驗3:把一個漏斗拿在手里,使其喇叭口朝下,用另一只手拿住一個兵乓球,讓球對著漏斗內部的細管處,放手后,球會掉出來流體壓強與流速的關系中考,而且假如我們對著漏斗細管使勁向上吹氣,會發生哪些現象呢?
實驗4:把長20cm左右的啤酒吸管A插在盛水的瓶子中,另一根吸管B的管口貼靠在A管的下端。往B管中用力吹氣,可以見到A管中的海面上升,甚至可以噴下來,這是哪些緣由?
參考資料
[1].北工大版(閆金鐸)八年級下
[2].北工大版(郭玉英)八年級
[3].蘇科版八年級
[4].教科版
[5].滬科技版
[6].滬科技粵教版
[7].人教版