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常识积累:生活中的伯努利原理
2021-04-20 14:30:55admin

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  伯努利,瑞士物理学家、数学家、医学家。他是伯努利这个数学家族(4代10人)中最杰出的代表,16岁时就在巴塞尔大学攻读哲学与逻辑,后获得哲学硕士学位,17~20岁又学习医学,于1721年获医学硕士学位,成为外科名医并担任过解剖学教授。但在父兄熏陶下最后仍转到数理科学。伯努利成功的领域很广,除流体动力学这一主要领域外,还有天文测量、引力、行星的不规则轨道、磁学、海洋、潮汐等。

  伯努利原理

  丹尼尔·伯努利在1726年首先提出:“在水流或气流里,如果速度小,压强就大;如果速度大,压强就小”。我们称之为“伯努利原理”。

  我们拿着两张纸,往两张纸中间吹气,会发现纸不但不会向外飘去,反而会被一种力挤压在了一起。因为两张纸中间的空气被我们吹得流动的速度快,压力就小,而两张纸外面的空气没有流动,压力就大,所以外面力量大的空气就把两张纸“压”在了一起。这就是“伯努利原理”原理的简单示范。

  

 

  1、列车(地铁)站台的安全线

  在列车(地铁)站台上都划有黄色安全线。这是因为列车高速驶来时,靠近列车车厢的空气被带动而快速运动起来,压强就减小,站台上的旅客若离列车过近,旅客身体前后会出现明显的压强差,身体后面较大的压力将把旅客推向列车而受到伤害。

  所以,在火车(或者是大货车、大巴士)飞速而来时,你绝对不可以站在离路轨(道路)很近的地方,因为疾驶而过的火车(汽车)对站在它旁边的人有一股很大的吸引力。有人测定过,在火车以每小时50公里的速度前进时,竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。

  2、船吸现象

  1912年秋天,“奥林匹克”号轮船正在大海上航行,在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶,两艘船似乎在比赛,彼此靠得比较近,平行着驶向前方。忽然,正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地,一点也不服从舵手的操纵,竟一头向“奥林匹克”号撞去。最后,“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上,撞出个大洞,酿成一件重大海难事故。

  这次海面上的飞来横祸,是“伯努利原理”现象。我们知道,根据流体力学的“伯努利原理”,流体的压强与它的流速有关,流速越大,压强越小。

  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,中间水对两船内侧的压强,也就比外侧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。又由于“豪克”号较小,在同样大小压力的作用下,它向两船中间靠拢时速度要快的多。因此,造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。

  3、游泳

  学会了“伯努利原理”,我们就会明白:为什么到水流湍急的江河里去游泳是一件很危险的事。有人计算了一下,当江心的水流以每秒1米的速度流动时,差不多会有30公斤的力在吸引、排挤着人的身体,就是水性很好的游泳能手也望而生畏。

  4、刮风掀翻屋顶或压垮大桥

  当刮风时,屋面上的空气流动得很快,等于风速,而屋面下的空气几乎是不流动的。根据“伯努利原理”,这时屋面下空气的压力大于屋面上的气压。要是风越刮越大,则屋面上下的压力差也越来越大,一旦风速超过一定程度,这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶!正如我国唐代著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样:“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅。”

  台风吹垮大桥也是“伯努利原理”的作用:台风经过大桥,会从桥面上和桥洞里吹过。由于桥洞相对于桥面比较小,所以风经过的时候,风速比较快,压强较小,而桥面上的风速比较慢,压强较大。这样,就产生了压强差。桥梁如果承受不了这样的压力,就会被压垮塌。

  5、香蕉球 (弧线球)

  如果你经常观看足球比赛的话,一定见过罚前场直接任意球。这时候,通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”,挡住进球路线。而进攻方的主罚队员,起脚一记劲射,球绕过了“人墙”,眼看要偏离球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。

  为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?原来,罚“香蕉球”的时候,运动员并不是把脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。这样,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢。

  “伯努利原理”告诉我们:气体的流速越大,压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样,它们对足球所产生的压强也不一样,于是,足球在空气压力的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。

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