無(wú)處不在的伯努利效應(yīng)

孫亞寧

學(xué)習(xí)物理，繞不過(guò)牛頓，拗不過(guò)伽利略，躲不過(guò)愛(ài)因斯坦，當(dāng)然也離不開(kāi)天才醫(yī)生丹尼爾·伯努利。是的，丹尼爾最初是一名醫(yī)生，并不是一位地地道道的物理學(xué)家。天資聰穎再加上后天努力，使得丹尼爾的學(xué)術(shù)著作非常豐富，他的數(shù)學(xué)和物理學(xué)著作、論文超過(guò)80篇。當(dāng)然，在他的諸多發(fā)現(xiàn)中，最引人注目的當(dāng)屬“伯努利效應(yīng)”。

1726年，丹尼爾·伯努利偶然發(fā)現(xiàn)：流體速度加快時(shí)，物體與流體接觸的界面上的壓力會(huì)減小，反之壓力會(huì)增加，這就是伯努利效應(yīng)。它適用于包括氣體在內(nèi)的一切流體，是流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的基本現(xiàn)象之一，反映出了流體的壓強(qiáng)與流速的相互關(guān)系，也就是流體的流速越大，壓強(qiáng)越?。涣黧w的流速越小，壓強(qiáng)越大。

小到足球比賽，大到航空運(yùn)輸，我們都可以發(fā)現(xiàn)伯努利效應(yīng)的存在。

在2002年世界杯的歐洲預(yù)選賽上，英格蘭對(duì)戰(zhàn)希臘。貝克漢姆用他最擅長(zhǎng)的右腳弧線球?qū)⒂⒏裉m隊(duì)帶進(jìn)了世界杯決賽圈，英國(guó)媒體稱(chēng)該球“價(jià)值10億英鎊”。這里所說(shuō)的弧線球又稱(chēng)“弧旋球”，是足球中的技術(shù)名詞。踢弧旋球時(shí)，并不是踢足球的中心，而是稍微偏向一側(cè)，同時(shí)讓腳背摩擦足球，使足球前進(jìn)時(shí)不斷旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，一方面空氣相對(duì)足球向后運(yùn)動(dòng)，另一方面球的旋轉(zhuǎn)使得球周?chē)目諝庖搽S著旋轉(zhuǎn)起來(lái)。這樣，球旋轉(zhuǎn)方向與運(yùn)動(dòng)方向相同的一側(cè)空氣流速變大，另一側(cè)流速變慢。球兩側(cè)的壓強(qiáng)不一樣，致使球運(yùn)行軌跡轉(zhuǎn)彎，朝向流速大的一側(cè)，這樣就是弧旋球，其實(shí)質(zhì)是伯努利效應(yīng)。

飛機(jī)是現(xiàn)代常見(jiàn)的交通工具，那么飛機(jī)是如何飛上天空的呢？我們知道，氣球上浮是因?yàn)樗鼉?nèi)部的氣體平均密度小于大氣密度，靠浮力升空。而飛機(jī)卻不是依靠浮力飛上天的，它的平均密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大氣的密度。飛機(jī)在跑道上滑行，因?yàn)闄C(jī)翼和空氣有相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，機(jī)翼上方的空氣壓力會(huì)減小，當(dāng)飛機(jī)滑行的速度足夠快時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生足夠大的升力，從而讓飛機(jī)升空。這也是伯努利效應(yīng)的體現(xiàn)。

我國(guó)唐朝著名詩(shī)人杜甫在《茅屋為秋風(fēng)所破歌》中寫(xiě)道：“八月秋高風(fēng)怒號(hào)，卷我屋上三重茅?！睆目茖W(xué)的角度解釋?zhuān)鸥Φ拿┪萃革L(fēng)嚴(yán)重，屋面下空氣的壓力大于屋面上的氣壓。風(fēng)越刮越大，屋面上下的壓力差也越來(lái)越大，風(fēng)速超過(guò)了一定程度的時(shí)候，這個(gè)壓力差就“嘩”的一下掀起了屋頂?shù)拿┎?，使其七零八落地隨風(fēng)飄揚(yáng)，造成了“茅飛渡江撒江郊”的局面。

風(fēng)是這樣，水也如此。當(dāng)兩艘船平行著向前航行時(shí)，在兩艘船中間的水比外側(cè)的水流得快，中間的水對(duì)兩船內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)，也就比外側(cè)的水對(duì)兩船外側(cè)的壓強(qiáng)要小。于是，在外側(cè)水的壓力作用下，兩船漸漸靠近，最后相撞。這就是船吸現(xiàn)象。

在日常生活中也不乏伯努利效應(yīng)。例如當(dāng)你喝水時(shí)，把杯子舉到嘴邊時(shí)，你的嘴會(huì)習(xí)慣地去“吸”杯中的水。這時(shí)，胸部擴(kuò)大，肺里和嘴里的氣體壓強(qiáng)減小，嘴附近的空氣就向里跑，并且越靠近嘴的空氣跑得越快，對(duì)水面的壓強(qiáng)也就越小。于是，對(duì)于杯里的水面來(lái)說(shuō)，靠近嘴的部分所受到的空氣壓強(qiáng)小，較遠(yuǎn)部分則大，這樣，靠近嘴的水面就稍微高了一點(diǎn)，超過(guò)杯沿流到口內(nèi)。

這些司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象后面其實(shí)都有科學(xué)的解釋。伯努利醫(yī)生或許不是一位地地道道的物理學(xué)家，但他的伯努利效應(yīng)卻真實(shí)地在解釋著這個(gè)世界！