為什么哈氣暖而吹氣涼

一個(gè)周末的早上，在美國(guó)工作的樊金突發(fā)奇想，在大學(xué)同學(xué)微信群里發(fā)問(wèn)：“為何用嘴吹氣的時(shí)候，說(shuō)Ha時(shí)吹出的是熱氣，說(shuō)Fu時(shí)吹出的是涼氣？誰(shuí)能告訴我為什么??？”這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題卻著實(shí)難倒了大家，有的說(shuō)這是“體內(nèi)氣和體外氣的區(qū)別”，有的說(shuō)“哈氣的時(shí)候氣流速度慢，熱散失少”，還有的說(shuō)“控制嘴的開(kāi)口大小和氣體噴出速度，手的感覺(jué)就一樣了”……

這是個(gè)很有趣的話題吧，可到底是怎么回事呢？請(qǐng)看哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系教授呂喆發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)報(bào)》上的回答——

這種現(xiàn)象很常見(jiàn)，也容易試驗(yàn)。

我們先從發(fā)聲時(shí)的口形來(lái)分析。在發(fā)出不同的元音時(shí)，口形是明顯不同的。雖然發(fā)音的時(shí)候都要呼出一口氣，但是在發(fā)出Ha等音時(shí)嘴唇是大大張開(kāi)的，而在發(fā)出Fu等音時(shí)，嘴唇只張開(kāi)比較小的幅度。這樣一來(lái)，發(fā)出的聲音不一樣，而且即使從肺部呼出的空氣量完全相同，空氣從口腔呼出時(shí)的溫度都和體溫一樣，到達(dá)手心時(shí)的冷熱效果卻也可以完全不同。

發(fā)a音時(shí)，口形橫截面積是10平方厘米左右，這樣帶著體溫的氣體從嘴唇呼出時(shí)是一個(gè)流動(dòng)速度比較慢但橫截面積很大的暖氣團(tuán)。由于它的運(yùn)動(dòng)速度緩慢，雷諾數(shù)較低（該數(shù)越小意味著黏性力影響越顯著），因此邊緣區(qū)可能保持類似于層流的狀態(tài)，氣團(tuán)與外部空氣之間主要以氣體熱傳導(dǎo)的方式換熱，因此氣團(tuán)內(nèi)部溫度下降比較緩慢，所以在到達(dá)離嘴十幾厘米的手心時(shí)仍保持較高的溫度，所以這時(shí)會(huì)產(chǎn)生手心暖的感覺(jué)。

再說(shuō)說(shuō)比“哈氣暖”更復(fù)雜的現(xiàn)象——吹氣涼。

發(fā)出u音時(shí)，口形收縮得比較?。M截面積可能不足0.1平方厘米），從嘴里吹出來(lái)的氣體雖然仍帶著體溫，但氣流速度遠(yuǎn)高于哈氣的速度。而且這個(gè)氣團(tuán)在空間上是一個(gè)狹長(zhǎng)的氣柱，氣柱的表面積遠(yuǎn)大于哈氣團(tuán)。同時(shí)，由于吹氣速度遠(yuǎn)大于哈氣速度，吹出氣柱的直徑又遠(yuǎn)小于哈氣團(tuán)的直徑，在黏度、密度及溫度等氣體參量基本保持不變的情況下，吹氣的雷諾數(shù)將遠(yuǎn)大于哈氣。因此，吹氣將處于湍流狀態(tài)，在氣柱與周圍環(huán)境空氣接觸界面處，不再僅以簡(jiǎn)單的空氣傳導(dǎo)方式發(fā)生熱交換，而會(huì)不斷有較冷空氣混入氣柱之中，使氣柱的溫度迅速下降，使得到達(dá)離嘴十幾厘米遠(yuǎn)的手心時(shí)，溫度基本降至環(huán)境溫度。

但是，這仍不足以徹底解釋“吹氣涼”的現(xiàn)象。當(dāng)人通過(guò)嘴唇向手掌心吹氣時(shí)，流向掌心的其實(shí)并不只有從嘴吹出來(lái)的空氣及與之完成混合的環(huán)境空氣，應(yīng)該還有由于氣體黏滯效應(yīng)而被高速流動(dòng)的氣流拖曳著流向手心的周圍空氣，這就造成了較大流量、較高速度的氣流沖擊手心后向周圍散開(kāi)，結(jié)果自然會(huì)帶走手心更多的熱量，因此會(huì)感覺(jué)手心更涼。

（選自《科學(xué)大眾》2014年第11期）