无处不在的伯努利效应

http://www.100md.com 2018年11月1日 《知识窗》 2018年第11期

     学习物理，绕不过牛顿，拗不过伽利略，躲不过爱因斯坦，当然也离不开天才医生丹尼尔·伯努利。是的，丹尼尔最初是一名医生，并不是一位地地道道的物理学家。天资聪颖再加上后天努力，使得丹尼尔的学术著作非常丰富，他的数学和物理学著作、论文超过80篇。当然，在他的诸多发现中，最引人注目的当属“伯努利效应”。

    1726年，丹尼尔·伯努利偶然发现：流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加，这就是伯努利效应。它适用于包括气体在内的一切流体，是流体作稳定流动时的基本现象之一，反映出了流体的压强与流速的相互关系，也就是流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。

    小到足球比赛，大到航空运输，我们都可以发现伯努利效应的存在。

    在2002年世界杯的欧洲预选赛上，英格兰对战希腊。贝克汉姆用他最擅长的右脚弧线球将英格兰队带进了世界杯决赛圈，英国媒体称该球“价值10亿英镑”。这里所说的弧线球又称“弧旋球”，是足球中的技术名词。踢弧旋球时，并不是踢足球的中心，而是稍微偏向一侧，同时让脚背摩擦足球，使足球前进时不断旋转。这时，一方面空气相对足球向后运动，另一方面球的旋转使得球周围的空气也随着旋转起来。这样，球旋转方向与运动方向相同的一侧空气流速变大，另一侧流速变慢。球两侧的压强不一样，致使球运行轨迹转弯，朝向流速大的一侧，这样就是弧旋球，其实质是伯努利效应。

    飞机是现代常见的交通工具，那么飞机是如何飞上天空的呢？我们知道，气球上浮是因为它内部的气体平均密度小于大气密度，靠浮力升空。而飞机却不是依靠浮力飞上天的，它的平均密度远远大于大气的密度。飞机在跑道上滑行，因为机翼和空气有相对运动速度，机翼上方的空气压力会减小，当飞机滑行的速度足够快时，就会产生足够大的升力，从而让飞机升空。这也是伯努利效应的体现。

    我国唐朝著名诗人杜甫在《茅屋为秋风所破歌》中写道：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”从科学的角度解释，杜甫的茅屋透风严重，屋面下空气的压力大于屋面上的气压。风越刮越大，屋面上下的压力差也越来越大，风速超过了一定程度的时候，这个压力差就“哗”的一下掀起了屋顶的茅草，使其七零八落地随风飘扬，造成了“茅飞渡江撒江郊”的局面。

    风是这样，水也如此。当两艘船平行着向前航行时，在两艘船中间的水比外侧的水流得快，中间的水对两船内侧的压强，也就比外侧的水对两船外侧的压强要小。于是，在外侧水的压力作用下，两船渐渐靠近，最后相撞。这就是船吸现象。

    在日常生活中也不乏伯努利效應。例如当你喝水时，把杯子举到嘴边时，你的嘴会习惯地去“吸”杯中的水。这时，胸部扩大，肺里和嘴里的气体压强减小，嘴附近的空气就向里跑，并且越靠近嘴的空气跑得越快，对水面的压强也就越小。于是，对于杯里的水面来说，靠近嘴的部分所受到的空气压强小，较远部分则大，这样，靠近嘴的水面就稍微高了一点，超过杯沿流到口内。

    这些司空见惯的现象后面其实都有科学的解释。伯努利医生或许不是一位地地道道的物理学家，但他的伯努利效应却真实地在解释着这个世界!(孙亚宁)

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