生活中的伯努利原理

生活中的伯努利原理

　　伯努利，瑞士物理学家、数学家、医学家。他是伯努利这个数学家族(4代10人)中最杰出的代表，16岁时就在巴塞尔大学攻读哲学与逻辑，后获得哲学硕士学位，17～20岁又学习医学，于1721年获医学硕士学位，成为外科名医并担任过解剖学教授。但在父兄熏陶下最后仍转到数理科学。伯努利成功的领域很广，除流体动力学这一主要领域外，还有天文测量、引力、行星的不规则轨道、磁学、海洋、潮汐等。

　　伯努利原理

　　丹尼尔·伯努利在1726年首先提出：“在水流或气流里，如果速度小，压强就大;如果速度大，压强就小”。我们称之为“伯努利原理”。

　　我们拿着两张纸，往两张纸中间吹气，会发现纸不但不会向外飘去，反而会被一种力挤压在了一起。因为两张纸中间的空气被我们吹得流动的速度快，压力就小，而两张纸外面的空气没有流动，压力就大，所以外面力量大的空气就把两张纸“压”在了一起。这就是“伯努利原理”原理的简单示范。

　　1、列车(地铁)站台的安全线

　　在列车(地铁)站台上都划有黄色安全线。这是因为列车高速驶来时，靠近列车车厢的空气被带动而快速运动起来，压强就减小，站台上的旅客若离列车过近，旅客身体前后会出现明显的压强差，身体后面较大的压力将把旅客推向列车而受到伤害。

　　所以，在火车(或者是大货车、大巴士)飞速而来时，你绝对不可以站在离路轨(道路)很近的地方，因为疾驶而过的火车(汽车)对站在它旁边的人有一股很大的吸引力。有人测定过，在火车以每小时50公里的速度前进时，竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。

　　2、船吸现象

　　1912年秋天，“奥林匹克”号轮船正在大海上航行，在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶，两艘船似乎在比赛，彼此靠得比较近，平行着驶向前方。忽然，正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地，一点也不服从舵手的操纵，竟一头向“奥林匹克”号撞去。最后，“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上，撞出个大洞，酿成一件重大海难事故。

　　这次海面上的飞来横祸，是“伯努利原理”现象。我们知道，根据流体力学的“伯努利原理”，流体的压强与它的流速有关，流速越大，压强越小。

　　当两艘船平行着向前航行时，在两艘船中间的水比外侧的水流得快，中间水对两船内侧的压强，也就比外侧对两船外侧的压强要小。于是，在外侧水的压力作用下，两船渐渐靠近，最后相撞。又由于“豪克”号较小，在同样大小压力的作用下，它向两船中间靠拢时速度要快的多。因此，造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。

　　3、游泳

　　学会了“伯努利原理”，我们就会明白：为什么到水流湍急的江河里去游泳是一件很危险的事。有人计算了一下，当江心的水流以每秒1米的速度流动时，差不多会有30公斤的力在吸引、排挤着人的身体，就是水性很好的游泳能手也望而生畏。

　　4、刮风掀翻屋顶或压垮大桥

　　当刮风时，屋面上的空气流动得很快，等于风速，而屋面下的空气几乎是不流动的。根据“伯努利原理”，这时屋面下空气的压力大于屋面上的气压。要是风越刮越大，则屋面上下的压力差也越来越大，一旦风速超过一定程度，这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶!正如我国唐代著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”

　　台风吹垮大桥也是“伯努利原理”的作用：台风经过大桥，会从桥面上和桥洞里吹过。由于桥洞相对于桥面比较小，所以风经过的时候，风速比较快，压强较小，而桥面上的风速比较慢，压强较大。这样，就产生了压强差。桥梁如果承受不了这样的压力，就会被压垮塌。

　　5、香蕉球 (弧线球)

　　如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。而进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。

　　为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?原来，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是把脚踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。

　　“伯努利原理”告诉我们：气体的流速越大，压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。

　　6、喷雾器

　　喷雾器是利用流速大、压强小的原理制成的。

　　让空气从小孔迅速流出，小孔附近的压强小，容器里液面上的空气压强大，液体就沿小孔下边的细管升上来，从细管的上口流出后，液体受到空气流的冲击，被喷成雾状。

　　7、翼型升力

　　飞机能飞起来，其中很重要的原因就是“伯努利原理”。机翼的截面做成了上凸下平的形状，当迎面而来的气流通过机翼时，上表面的空气流速快，压力小，下表面的空气流速慢，压力大，这样形成了压力差，就是升力。

　　刷题巩固

　　(2021联考)优秀的足球运动员会利用技巧使踢出的足球在空中旋转，旋转的足球在行进过程中会突然改变原来的运动方向并转弯，这被称为“香蕉球”。下列选项的物理原理与“香蕉球”原理不同的是( )

　　A.飞机机翼通常设计为上沿是弧形，下沿是平的

　　B.用吸管喝袋装牛奶，喝完后用力吸一下，袋子瘪了

　　C.火车站台设置黄色安全线以警示乘客与列车保持距离

　　D.两张相距5厘米的A4纸垂直放置，往中间吹气，两张纸会互相吸引

　　【解析】B。本题考查科技常识。“香蕉球”之所以可以沿弧线飞行，主要是由于伯努利原理(流速越快，压强越小)。运动员踢出的“香蕉球”后，球会边旋转边前进，导致在球周围形成与球旋转方向一致的环形气流，环形气流与足球前进方向一致的一侧，流速会变快，压强减小，环形气流与足球前进方向相反的一侧，流速会变慢，压强增大。由于此时两侧受到的空气压强不相等，在压强作用下，球向压强小的一侧拐弯。

　　A项正确，根据伯努利原理，飞机飞行时，机翼将气流分为上下两个部分，上半部分走的路径为弧线，流速快，压强小，下半部分气流走直线，流速慢，压强大。正是由于机翼下侧压强大于机翼上侧，上下压强不相等，产生升力，使飞机能飞起来。

　　B项错误，当用吸管吸走袋中空气后，袋中气压瞬间减小，此时外界大气压并未减小，在内外压强差的作用下，袋子被压瘪。该过程并未涉及伯努利原理。

　　C项正确，根据伯努利原理，人若离列车太近时，列车高速行驶过程中，使人和列车之间的空气流动速度很快，压强很小，而人外侧的压强不变，人在内外压强差的作用下，被压向列车容易出现事故。因此火车站台设置黄色安全线以警示乘客与列车保持距离。

　　D项正确，根据伯努利原理，在两张纸片中间吹气，两张纸中间空气流速快，压强小，而外侧空气基本静止，压强较大，在压力差的作用下，两张纸向中间靠拢。

　　本题为选非题，故正确答案为B。

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