流体主要是指流动的液体和气体。当流体遇到障碍物时,通常是绕过去或弹回来,当绕过去时就会有一个加速,以便赶上匆匆而去的队伍。为什么会加速呢?无人研究过这个问题。
以水为例。我们不妨把水分子视为一个大粒子,中间有三个原子核,外围有10个电子。当两个水分子相遇时,双方的原子核对对方的外围电子有吸力,就把两个水分子吸到一起;由于两个水分子的原子核之间有斥力,又让两个水分子保持一定距离。当然,在深海中由于海水压力大,水分子之间的距离相对较小。水流动时,是在场压的作用下流动的,比如江河水,有一个场压作用到水分子中,场压作用方向由后向前,推动水分子前进。江河中的场压来自重压,上面的水压下来,下面的水就往下流。
当河水遇到河底的石头时,河水就从石头周围绕过去,绕行的水会加快速度。在这个过程中,水分子的运动方向和运动速度发生一些微妙变化,刚遇到石头时,速度放慢,后面的水分子立即贴近,压力骤增,即场压骤增,这就等于后面的水分子推了前面的水分子一把,把前面的水分子“弹击”出去,前方水分子遇阻无路可逃,就改变运动方向,形成一个偏角继续向前运动,向石头外围各方向偏出,但受外围水流阻挡,外行不远;还受后方水流裹挟,继续向前。这就从石头周围绕过去了,由于是被“弹击”出去的,流动速度更快,也可说是场压骤增后,流动速度更快。
绕过石头之后,场压恢复,速度恢复,依然按原有水流速度前进。为什么保持原有速度?道理简单,你想快,前方有水分子挡道;你想慢,后方有水分子推行。这样就只能保持原有水流速度了。就像我们在马路开车,想快前方有车挡道,想慢后方有车跟来,那就只能保持车流速度了。
水中的场压不一定来自重力,如洋流运动就有很多原因,海风、潮汐、温差、海水密度、地转偏向力等都可以导致洋流运动。水中的水泵、螺旋桨和小船木桨等,都可以制造场压,游泳时用手在水中划水也是制造场压,场压造成水向某个方向运动。任何液体流动阻遇加速,都类同水流遇阻加速。
气体运动遇阻加速也是同样道理。区别只是分子不同,比重不同,密度不同。空气在空中运动遇阻,气流会从障碍物的周围加速绕过去。最常见的障碍物是机翼,空气遇到机翼上方的弧面就加速绕过去,造成机翼上方压力骤减,形成升力,把飞机举起来。不同的是,运动的是机翼,而不是空气,实际上是一回事,运动是相对的,空气动或机翼动都是两者的运动关系。
为什么从机翼上方加速流过的气体压力小?无人研究过这个问题,其实道理很简单。飞机停在机场时,机翼上方的空气是静止的,在大气压作用下,机翼上方与下方的空气压力是相同的。当飞机在跑道加速滑行时,机翼上方的空气加速滑过,意味着上方空气压力传递不到机翼上,给加速滑过的空气分子“带走”了,这些空气分子只顾匆匆赶路,没有时间精力挤压机翼,这样机翼上方压力骤减,飞机就被举起来了,到了空中依然如此。
当然,机翼下方的空气也流动,不过流动速度没机翼上方快,因为上方弧面便于引导空气通行,下方机翼是平面,还带有仰角,空气流动相对较慢,这样空气就有一定压力施加到机翼上。尤其贴近机翼处的空气是翻腾回转的,对机翼的托举力就更大。另外,由于机翼有一个仰角,下方气流冲击下方机翼时,也会形成一个举力,把飞机举起来,就像风筝飞行那样。当然,需要有一定的飞行速度,也需要有一定的空气密度,飞机才能保持飞行状态。
机翼形成升力原理
飞机在空中达到一定速度时,也可以做翻滚、倒飞等特技动作,这时飞机不需要升力,只要有速度就能做动作,没那么快掉下来,但动作不能做太久,不然会损失高度。就像一块石头可以在空中以任何姿态飞行,但高度会不断下降。
2017年6月19日