【第09.05讲】流动中的无形之力

【第9.05讲】流动中的无形之力

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。

前面我们探讨过了液体的压强和大气压，这些都是流体静止时的压强规律。当流体真的流动起来，它又会呈现出怎么样的规律呢？这一讲，我们就一起来探讨流体流动时的压强。

引发人们开始重视流体压强问题的，是一次惨重的事故。

泰坦尼克号大家都听说过，但是这次的主角不是泰坦尼克号，而是她的姊妹舰——奥林匹克号。在泰坦尼克号下水之前，奥林匹克号是当时最大的远洋邮轮，排水量45000多吨。与泰坦尼克号一同沉入大海的那位船长，当初正是奥林匹克号的第一任船长。

在刚刚投入使用仅3个月后，也就是1911年9月20日的中午，奥林匹克号发生了一次撞船事故。当时，奥林匹克号刚离开英国南安普顿港口，准备跨越大西洋。英国海军巡洋舰霍克号也行驶到了附近海域，并发现了正在驶出港区的奥林匹克号。霍克号军舰稍稍向南调整了自己的航向，为巨轮出港让出了足够的空间。

奥林匹克号出港后，转向公海方向加速航行。船长也留意到了正在附近巡航的霍克号军舰。这艘军舰排水量8000吨，还不及奥林匹克号的1/5，在它面前只能算是一艘“小船”。此时，两艘船并肩向东行驶。在船长看来，两船之间的横向距离已经足够远，不会造成任何安全威胁。

然而，霍克号军舰却像是被一股无形的力量拖曳着，不断朝奥林匹克号靠拢。军舰感觉到自己的航线偏移了，立即满舵右转。可是即便如此，依然阻止不了军舰继续向奥林匹克号靠近。

奥林匹克号的船长，最初以为军舰是打算从自己的船尾穿过，但是他很快发现情况不妙，

立刻命令舵手转舵。可惜，还没等来得及反应，两艘船就已经撞上了。船尾方向传来巨响，在猛烈的撞击中，军舰一头扎进了奥林匹克号的船尾，导致两个船舱进水。所幸的是，事故并没有造成船毁人亡。

究竟是什么力量，将正常行驶的军舰拽向了奥林匹克号巨轮？其实早在18世纪，瑞士科学家伯努利就已经揭示了流体的一个规律，后来也被人称为“伯努利效应”，只是当时航海界没有重视和应用它。

伯努利效应说：流体中流速越大的位置，压强越小。两船并行时，中间的水流特别快，导致两船中间压强小，两边的压强大。 “拖曳”军舰的那股无形的力，就是来自船两侧海水的压强差。

现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。世界海事组织为防范类似情况，作了严格的规定，包括两船同向行驶时，彼此必须保持多大的间隔，在通过狭窄地段时，小船与大船彼此应作怎样的规避，等等。

瑞士的伯努利家族，是非常了不起的科学世家，一个家族3代人中产生了8位科学家。最著名的就是这位，丹尼尔·伯努利，对流体力学的发展做出了重大贡献。

伯努利效应的实例还有很多：

当刮风时，屋顶之上的空气流动得很快，而屋顶之下的空气几乎是不流动的。根据伯努利效应，这时屋顶下的气压大于屋顶上面的气压。要是风刮得很大，这个压强差也足以掀起屋顶。正如杜甫在诗里描绘的：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”

足球中的“香蕉球”，乒乓球中的“弧圈球”，都能在空中拐弯，这也是伯努利效应的结果。运动员利用击球的技巧，使球在空气中前进的同时快速自转。球的自转也会带动周围的空气一起旋转。球一侧空气的流动的方向与球飞行的方向相同，另一侧与球飞行的方向相反，结果一侧的空气流速快，而另一侧空气的流速慢。根据伯努利效应，球两侧会形成压强差。压强差使球在空中划出一道看似不可思议的弧线。

更重要的应用，是飞机利用伯努利效应产生升力。飞机飞行时并不像鸟儿一样煽动翅膀，那它的机翼是如何产生升力的呢？飞机的机翼形状很特殊，它上表面向上凸起，而下表面是平面。飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于气流迎面流过机翼，气流被机翼分成上下两部分。由于机翼特殊的形状，在相同时间内，机翼上方气流通过的路程较长，因而流速较大；下方气流通过的路程较短，因而流速较小。根据伯努利效应，空气流速的差别，带来机翼上下表面的压强差，上表面的气压小，下表面的气压大。这就是飞机升力的由来。

你可能想不到，就连我们说话时，声带的震动，也有伯努利效应的功劳。当发声时声门先关闭，呼出的气流冲开声门而出。由于伯努利效应，声带中间的气流速度大，气压小，在两边气压的作用下，声门又被关闭。然后重复被气流冲开，又关闭。如此反复，就形成声带周期性的颤动，发出乐音性质的声音。

【小结一下】

伯努利效应告诉我们：流体中流速越大的位置，压强越小。

这个效应，导致了航海中的“船吸现象”，也为飞机提供了翱翔天空的升力。它既能在体育中创造出“香蕉球”和“弧圈球”，也能掀翻屋顶。就连平常说话，声带的震动也有它的功劳。

解释这类现象，需要抓住一个关键，就是分清流体中那个位置的流速相对更大。

【思考题】

为什么流体通过狭窄的区域流速会增大？你能够找出流速、横截面积和流量之间的关系吗？

好了，今天就到这儿，再见！