聽話的小球

黃才發(fā)

“聽話的小球”是科技館展品中讓學(xué)生倍感興趣的一件展品。展臺下方有一個風(fēng)機，按下啟動按鈕，風(fēng)機會沿著右邊的豎管向上吹風(fēng)，豎管里的空氣快速流動，壓力就變小了。而外界空氣壓力是正常值，與之形成壓力差，空氣會從壓力大的位置向壓力小的位置流動，所以空氣就沿著C形管被源源不斷地吸進了豎管里。小球則順著氣流的運動沿著C形管跑圈，周而復(fù)始。小球為什么能夠沿著C形管跑圈呢？

這就涉及流體力學(xué)中的一條著名定律——伯努利定律。伯努利原理往往被表述為p+1/2ρv2+ρgh=C，這個式子被稱為伯努利方程。1726年，瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家丹尼爾·伯努利提出了“伯努利原理”：“在水流或氣流里，如果速度小，壓強就大;如果速度大，壓強就小。”即等高流動時，流速大，壓力就小。

我們在等火車時要站在安全黃線以外，高速公路上超車時要離大汽車遠一點，乒乓球運動員能拉出美麗的“弧旋球”，刮風(fēng)掀翻屋頂或壓垮大橋，噴霧器、消防炮等都有伯努利原理在起作用。伯努利原理對于確定流體內(nèi)部各處的壓力和流速有很大的實際意義，在水利、造船、航空等部門有著廣泛的應(yīng)用。

我們來看看歷史中兩個小故事。

1905年冬季的一天，在俄國一個名叫鄂洛多克的小車站上，站長率全站38名員工，排成兩隊分別站在鐵路線兩旁，恭候沙皇派來視察的欽差大臣。不多久，列車在汽笛聲中風(fēng)馳電掣般地沖進了由38名鐵路員工組成的“人巷”。離列車近一點的人員剛要舉起手中的花束來歡呼，突然，所有的迎接人員都像是被人從背后猛推了一下，紛紛不由自主地向火車方向撲倒……這“魔鬼般的推力”，造成了包括站長在內(nèi)的34人死亡，其余4人終身殘疾。慘案發(fā)生后，地方法院開始調(diào)查真相。結(jié)果反復(fù)調(diào)查都找不出慘案發(fā)生的原因，機車狀況良好，司機和員工都沒有違規(guī)操作。其實這就是伯努利現(xiàn)象。當(dāng)列車高速駛來時，靠近列車車廂的空氣被帶動而快速運動起來，壓強就減小，站長和他的員工們離列車過近，他們身體前后會出現(xiàn)明顯的壓強差，身體后面較大的壓力差將把他們推向列車而造成慘痛的災(zāi)禍。因此，在火車（或者是大貨車、大巴士）飛速而來時，絕對不可以站在離路軌（或車）很近的地方，千萬不能跨過安全的黃色線，因為疾駛而過的火車（汽車）對站在它旁邊的人有一股很大的吸引力。

1912年秋天，“奧林匹克”號輪船正在大海上航行，在距離這艘當(dāng)時世界上最大遠洋輪的100米處，有一艘比它小得多的鐵甲巡洋艦“豪克”號正在向前疾駛，兩艘船似乎在比賽，彼此靠得比較近，平行著駛向前方。忽然，正在疾駛中的“豪克”號好像被大船吸引似的，一點也不服從舵手的操縱，竟一頭向“奧林匹克”號撞去。最后，“豪克”號的船頭撞在“奧林匹克”號的船舷上，撞出個大洞，釀成一件重大海難事故。究竟是什么原因造成了這次意外的船禍？同樣是“伯努利原理”。原來，當(dāng)兩艘船平行著向前航行時，在兩艘船中間的水比外側(cè)的水流得快，中間水對兩船內(nèi)側(cè)的壓強，也就比外側(cè)對兩船外側(cè)的壓強要小。于是，在外側(cè)水的壓力作用下，兩船漸漸靠近，最后相撞?，F(xiàn)在航海上把這種現(xiàn)象稱為“船吸現(xiàn)象”。有經(jīng)驗的海員們都知道兩艘并排駛著的船會互相強烈地吸引。

卡紙、吹風(fēng)機、吸管、乒乓球、透明膠、雙面膠、礦泉水瓶、洗潔精瓶、剪刀、茶葉罐、蚊帳撐桿不銹鋼管。（圖1）

用卡紙做兩個假人站在站臺上，間隔適當(dāng)距離，用吹風(fēng)機吹風(fēng)模擬高速行駛的列車，看看會發(fā)生什么現(xiàn)象。（圖2）

兩個乒乓球放在桌面已固定好的不銹鋼管上，間距約5～6厘米，用吸管往兩球之間吹氣，發(fā)現(xiàn)球非但沒吹開反而相吸。（圖3）

將礦泉水瓶、洗潔精瓶剪去頭尾，如圖示用透明膠粘成V字形圓筒，固定在茶葉罐底座上，就做成了乒乓球發(fā)射機。一頭放入乒乓球，另一頭用電吹風(fēng)機沿著圓筒的上端吹風(fēng)，可以看見乒乓球一個個像炮彈一樣快速地發(fā)射出去。 （圖4）

打開吹風(fēng)機，出風(fēng)口朝上，把乒乓球放到風(fēng)口后，松開手，乒乓球懸浮在空中，左右慢慢傾斜吹風(fēng)機，乒乓球也不會掉下來。 （圖5）

剪下礦泉水瓶含瓶口部分，像個小漏斗，將乒乓球放入其中，吹風(fēng)機的出風(fēng)口朝上，用電吹風(fēng)對著瓶口向上吹。因為下端氣流大壓強小，上端氣流小壓強大，即便加大風(fēng)力，球也吹不走。（圖6）