趣味高二物理常相伴,空中的飞机为什么掉不下
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很早人们就梦想像鸟一样在天空中自由飞翔。人们发现鸟有两种飞行方式:扑翼飞行和滑翔。最早人们注意到的是鸟的扑翼飞行,想象鸟一样靠翅膀上下扑动来飞行,结果失败了。后来人们转向学习鸟的滑翔。对于鸟类的滑翔,很久以来人们一直迷惑不解,外国曾有人认为鸟的肚子里有热气作用,而中国晋朝一个叫葛洪的人在仔细观察老鹰在飞行后,解释说,老鹰伸直两翅,并不扑动,反能盘旋飞行,且越飞越高,是因为上升气流的缘故。基于鸟类滑翔的原理,人们造出了滑翔机和早期的飞机。

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现在我们知道飞机能够在高空中飞行不落,是因为受到一个升力作用,而使飞机获得升力的主要部件是机翼。但是飞机是如何得到这一升力的呢?为了解释这个问题,我们先做一个简单的实验:

魔术般的太阳光

将一个乒乓球放置于一个倒扣的漏斗内,先用一块纸板托住漏斗口。这时用吸尘器从漏斗窄口向里吹气,并拿走纸板,此时乒乓球却掉不下来。这就是“升力”托住了球体。因为空气流过球与漏斗壁间窄缝时的流速大于流出漏斗口时的流速,所以漏斗宽口处的压力大于漏斗窄口处的压力,它克服了乒乓球的重力,使球支持着不落下去,即流速增加,压强降低,这在物理学上叫做伯努利原理。

我们平时看到的太阳光是白色的,其实它是由七种颜色(红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫)组成的复色光。当太阳光透过三棱镜,就会在地上或墙上看到一彩色光带,现出它的本来面目。

飞机获得升力的情况和上面的实验相似,只是这时还要考虑到机翼周围存在着的空气的环流。这种环流在飞机的飞行中迭加到经过机翼的平移气流上。在机翼上部,环流的方向与平移气流的方向相同,迭加结果使空气流的速度增加;在机翼下部,环流的方向与平移气流的方向相反,因而空气流速度减少。可以看出机翼上方的气流速度大于下方的,上面的流线较密,下面的流线较疏。根据伯努利原理,机翼上方的压强减少,下方的压强增大,形成了一个向上稍微偏后的总压力Q。把Q 分为水平与竖直方向上的两个分力f及F,其中F 就是飞机机翼受到的向上升力,它使飞机上升或保持飞机悬浮在空中;f 分力是阻止飞机前进的正面阻力。

如果将一块平面镜斜着插入一盆清水中,让太阳光照到水和平面镜上,这样从水中那部分镜上反射回的光线穿过镜前面的水后(水中的部分平面镜与它前方的水构成了一个三棱镜),就可在反射光的前方墙上看到同样的彩色光带。其形成原因是:不同颜色的光折射率不同,当太阳光经过三棱镜时,不同的色光的偏折程度不同,从而七种颜色的光就自然分裂开了。如果将这七种颜色的光合在一起,那么它又变成白光了。

对上述现象也可以用牛顿定律作一个定性的解释。气流对机翼有向上的升力,那么机翼对气流就有向下的反作用力,这样一来就使气流向下偏斜。

水缸中的旋涡

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