飞机为什么能飞起来,竟然至今还是个未解之谜 |
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自从1903年莱特兄弟发明了世界上第一架飞机「飞行者」开始,飞机就成了人们生活中不可或缺的交通工具之一。 ![]() 1 两个经典理论中的漏洞 众所周知飞机是因为有升力飞起来,但是升力是如何产生的?有两个理论可以解释升力的产生,但是他们都有一些漏洞。 ▌伯努利原理中的漏洞 我们都在初中物理课上做过一个实验:两张纸放在嘴边,对着两张纸的中间吹气,两张纸不会分开,反而靠拢。 这个实验让我们了解了一个理论「伯努利原理」,该原理指出:流体的压力会随着速度的增加而减小,反之亦然。 ![]() ![]() 然而,伯努利原理本身并不能完全解释升力,它有三个漏洞: 第一,尽管实际经验表明,在弯曲的表面上空气流动的速度确实更快,但伯努利原理却无法解释为什么会出现流速变快的现象。换句话说,这个定理并没有说明机翼上方的高流速是如何产生的。 ![]() ![]() ![]() 这三点问题伯努利原理都不能给出合理的解释,所以在技术层面它并不能成为一个可以解释升力的完整理论。 ▌牛顿第三定律也有漏洞 除了用伯努利的理论来解释升力外,科学家还试图用另一种理论来解释这种力的来源:牛顿第三定律(作用力和反作用力原理)。 牛顿第三定律定义到相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。 ![]() ![]() ![]() 2 爱因斯坦短暂涉足航空后 竟说这是「愚蠢的行为」 牛顿第三定律在1687年提出、伯努利原理在1726年被提出,而莱特兄弟的第一架飞机在1903年起飞,成功起飞后人们为了解释空气动力学才把这两个理论套用在「飞机为什么能飞起来」的问题上。 ![]() 之后也有不少科学家为这个不解之谜「竞折腰」,比如说:爱因斯坦。 ![]() ![]() ![]() ![]() 但试飞员却报告说,这架飞机在空中摇摆不定,就像「一只怀孕的鸭子」。爱因斯坦把现实世界的流体想得过于理想化了。1954年,爱因斯坦表示,当初短暂涉及航空业的行为更像是「年轻人的愚蠢行为」。 ![]() 当代科学家 可以解释这个问题吗? 其实如今,设计飞机的科学方法是利用计算流体动力学模拟,计算充分考虑了真实空气实际粘性方程。模拟可以获得的结果再加上上述方程的解能够预测压力分布模式,给出气流形态和定量的结果。 ![]() 马克·德雷拉是一位麻省理工学院流体动力学教授,他给出了一个答案,大概意思就是:如果机翼上这些空气流体团瞬间偏离机翼的上表面,它与机翼之间的空间就会形成真空,这一部分的真空会把流体团顺着翼型的弯曲吸下去,直到真空基本被填满。由此往复,引发了机翼上表面的低压。 ![]() ![]() 剑桥大学空气动力学家巴宾斯基说:“如果真空的出现是升力出现的原因,就很难解释,为什么有时气流不会流经机翼表面。当然,他在其他方面都是正确的。这个问题可能真的没有简单快捷的解释。” ![]() 是的,其实这些理论本身并没有错,要完美解释空气动力学中的升力需要考虑飞机抬升过程中的所有作用力、影响因素和物理条件等等,而不留下无法解释或未知的问题,这似乎是不太可能的。 来源:航旅纵横 (声明:除STEAM在线原创文章外,STEAM在线分享和转载的文章皆为促进STEAM教育在中国的传播,仅做学习交流,非商业用途,都会注明来源,如文章、照片的原作者有异议,请联系后台快速处理或删除,谢谢支持。) 原标题:《飞机为什么能飞起来,竟然至今还是个未解之谜!》 阅读原文 |
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