生活中的初中物理(18)——谁是那双看不见的手
19世纪沙皇俄国发生了一场大*。事情是这样的。
当时,沙皇*的一位将军打算从圣彼得堡访问西伯利亚。一位沿途的驻军指挥官得到了这个消息,认为这是一个讨好将军的好机会。知道将军到达车站附近的那一天,他一大早就召集士兵,命令他们在铁路两侧排队迎接他。士兵们拿着枪站在栏杆两边,期待着将军的出现。一小时,两小时...半天过去了,仍然没有特别列车的迹象。士兵们又累又饿,几乎站不起来。突然,一声口哨从远处响起。很快他们看到了机车冒出的烟。指挥官立正大喊,士兵们集合起来。火车呼啸而来,丝毫没有减速的意思。它飞驰而过士兵的行列。这时,似乎有一双看不见的大手猛地推着站在铁轨附近的士兵,使他们向火车扑去。眨眼间,喷射着白烟的钢铁怪物就过去了。铁轨血迹斑斑,士兵们痛哭流涕,指挥官吓坏了。那些看不见的手是谁?
同样,悲剧发生30多年后,发生了一次举世闻名的船只碰撞。
1911年9月20日,奥林匹克号,当时最大的远洋轮船之一,正在浩瀚的海洋上航行。巧合的是,在距离“漂浮城市”约100米的地方,有一艘小得多的皇家海军装甲巡逻舰“鹰”号,它几乎是沿着一条平行的路线高速行驶,似乎与奥林匹克巨兽旗鼓相当。突然,老鹰像着了魔似的,突然把弓转向左边,直奔奥运会。在这个紧要关头,舵手毫无帮助。水手们束手无策,只能眼睁睁地看着他们的船头坠入“奥林匹克”号,撞上了侧廊上的一个大洞。幸运的是,两艘船都受伤了,但没有沉入大海。
据说这次不幸的碰撞推迟了泰坦尼克号的最终完工,导致它在1912年4月14日亲吻冰山死去,导致第二天1523名乘客和船员与泰坦尼克号一起被埋葬。
为什么霍克失去了控制?谁在推动它?
寻找看不见的手
你一定记得小时候玩过吹音符的游戏。
拿一张小纸,用双手握住纸的一部分,只靠嘴唇的下部使它自然下垂,在纸的上方水平吹气,纸就会浮起来。
拿两张小纸,用手分别握住纸的两端,使它们保持适当的距离。让它们自然称重,并用嘴在两张纸之间用力吹气。纸片不仅不会分开,而且会靠近中间。
在两个吹纸游戏中,发现了相反的结果。
人们普遍认为,一张挂纸只能使纸在吹气时下垂得更多。中间吹气时,两张挂纸应分开。
为什么是游戏的结果?
这是流动空气的特点。在流速不同、压力不同、流速高的地方,气体压力较低。流速小的地方,压力高。
当我们在一张纸的前面用力吹气时,在这张纸的前面,有一股流速相对较高的气流在靠近直的表面流动。纸张前面的空气压力相对较低。在这张纸的背面,空气的压力与当时的大气压力相同。与两者相比,后者大于前者,并且具有压力差,因此产生压力差,并且压力差的方向指向纸带的前面。在这个压力差的作用下,纸会浮起来。
当我们在两张纸之间用力吹气时,两张纸之间的气体流速较高,压力较低。两张纸外面的气体压力相对较高,因此两张纸都受到指向两张纸之间间隙的力,并且两张纸将向中间折叠。
现在,当你将纸条和游戏中人吹出的气流方向旋转900度时,纸条在垂直方向的横向运动将转化为水平方向的横向运动,我们可以找到那些看不见的巨手。
在“铁路悲剧”中,当列车高速运行时,有必要带动列车周围的空气高速运动。火车越近,空气速度越大,火车越远,空气速度越小。当火车从站在铁路附近的士兵的前面运行时,士兵们都面向火车站着。它们前面的气流速度高,压力低,后面的气流速度低,压力大。这种压力差产生了一种压力差,将站立的士兵推到车轮下。
到目前为止,那些看不见的大手似乎已经被发现了,那就是高速气流!然而,是高速空气的无形杀手导致了这场悲剧吗?显然不是,如果这个案子由每个人来决定,我想每个人都希望我把既无知又谄媚的指挥官列为共犯。
对于“船舶碰撞”事件,原因也很清楚。当两艘船平行前进时,它们速度很快,彼此靠得很近。中间的水流通道相对狭窄。两艘船之间的水流速度将远高于船外的水流速度,使得两艘船之间的水压远低于两艘船外的水压。这样,内外两艘船之间就有很大的压力差,这使得每艘船外侧的海水在船侧产生巨大的推力,迫使两艘船迅速靠近,从而造成两艘船之间的相互吸引。鹰的质量比奥运会小得多,它的运动状态很容易改变。因此,“鹰”向左转,直接撞上了奥运会。
据说,在处理这一特殊案件时,海事法院一直存在争议,法官们也进退两难。最后,法院做出了一个混乱的判决,认为“奥运会”的队长指挥不当。这真是冤枉“奥运”队长了。船长不得不等待科学家们审查这一不公正的案例并纠正自己。
在实践中,高速气流压力小,形成压差,产生巨大的压力现象,不仅给人们带来灾难,也为人们服务。
流体压力的应用实例
人们使用的雾化器是先用活塞压缩容器内的空气,然后让空气从喷嘴喷出,产生高速气流,在喷嘴处形成低压区,造成喷嘴内外压差。容器中的药液被压差吸出并喷出。
飞机机翼的上表面和下表面是不同的。从它的横截面看,上部是弯曲的,下部大致是直的。当飞机飞行时,机翼上方的气流速度高于下方的速度,造成机翼下部和上部之间的压力差。这个压差使飞机垂直上升。
在足球比赛中,当进行任意球时,球员在踢球时故意偏离中心并用脚背摩擦足球,这样足球在前进的同时不断旋转,一侧的气流速度增加,而另一侧的气流速度减慢。利用压力差踢“香蕉球”,意外地越过对方守门员,意外地进入球门。
生活在草原上的狗和老鼠从他们的洞穴中出来,一个像土堆一样堆积起来。当风平行于地面吹动时,风穿过平孔的速度相对较小,穿过凸起的地被的速度相对较大,因此凸起的孔处的气体压力小于平孔处的气体压力。两个开口之间的压力差导致洞内气体流动,给狗和老鼠带来凉爽的微风。
附件:我儿子为这篇文章专门写的见解。
现在每个人都明白什么是“看不见的手”,不是怪物,而是前面讨论过的“看不见的”压力。在这个时候,每个人可能都会想到每个火车站站台上的警戒线,其中一些被涂上黄色油漆,一些被贴上瓷砖。离平台边缘大约1米。这条铁路,每个火车站都统一使用,是用鲜血和生命买来的!虽然实践产生真理,但这种实践的成本确实太高了。同样,城市的街道和高速公路要求机动车辆沿机动车道行驶,自行车和行人不能在机动车道上行走。高速公路上不允许行人和自行车通行,因此在高速公路上驾驶拖拉机并不可笑,但却很危险。这些考虑了流体的压力和流速之间的关系。
科学(或自然法则)不完全像教科书中描述的那样,它头上戴着光环,无比神圣地向我们走来。有时,它甚至是“危险的”,带着狰狞的面孔,像幽灵一样四处飘荡。事实上,前面提到的看不见的“手”什么也不是,后面还有更糟的。这一次它立刻摧毁了这座桥。这发生在1906年,当时俄罗斯首都彼得格勒(现在的列宁格勒),一个全副武装的沙皇军队,大踏步地穿过了艾克比蒂桥。首先,我想说这座桥非常坚固,即使它太大,也很难摇动。正当指挥官兴高采烈的时候,一声巨响,一眨眼的功夫桥就倒塌了。立刻,官兵和马匹掉进水里,许多士兵死亡。同样奇怪的事情发生了。1849年,在法国西部安热市的曼河上,当一群士兵走过这座桥时,这座桥倒塌了。无论如何,西班牙和英国都有类似的“怪物”,它们利用士兵过桥来“痛宰”。这个怪物到底是什么?据估计,你已经猜到这是“共振”,即当士兵以太规律的速度过桥时,他们的振动频率刚好接近桥梁的*振动频率,从而引起桥梁的共振,最终导致一场大事故。有时候科学就是这样,只要有一点点共鸣,手指就会被摧毁。然而,可悲的是,尽管人类在用生命换取知识后还未能从经验和教训中吸取教训,但迄今为止,由共振引起的桥梁倒塌已在世界各地相继出现。
虽然很少有机会让科学像上一篇文章中那样传播开来,但更多时候它会给我们一些暗中的诡计。让我们来看看下面的程序:一场由点球引起的“大*”。在1998年世界杯上,英格兰和他们的老对手阿根廷最终以残酷的点球决定胜负。在点球大战中,英格兰队的巴蒂没有进球,再次被击败。你可能会想,这和科学知识有什么关系?别担心,物理学家会告诉我们答案的。以下是英国科学家德瑞克·洛夫博士(一位世界著名的核弹专家)写给“国家足球”教练的一封信,他非常愤怒:
“亲爱的蔻驰·霍德尔,
请允许前诺贝尔物理学奖候选人(1994)向你解释一个简单的物理真理。
我不太了解你的英格兰队,尤其是你的点球训练方法。但是从你输给阿根廷的情况来看,你缺乏一些基本的科学概念。英国被淘汰是因为无知和缺乏教育,但我们确实是一个具有高文化水平的传统国家。
从身体的角度来看,成功率最高的点球应该飞进地面的大门。身体素质好的守门员可以很容易地跳起来或者向左向右扔出球。然而,当他用手向下扔球时,他的重心必须迅速下降,他的手以平均每秒32英尺的速度向下移动。这种运动受到重力的影响,速度远远不是球的前进速度。因此,当球落地时,守门员是最难救球的。
然而,你选择了巴迪,巴迪选择了一个成功概率最低的半高球。也许你不相信,在陈西贝的门口,我已经感觉到了英国的失败。这时,一个基础科学知识贫乏的失败者。如果你认为我的描述是浪费时间,那么我宁愿和我妈妈聊天。她今年快90岁了,但她仍然坚持看比赛……尽管这对她的健康不好。如果你在比赛前做一些简单的数学分析或涉猎力学,你应该能够指导球员把每一个点球都打好。这样,阿根廷将不再能够留在法国。
最后,给你举个例子。你还记得巴乔的两次点球吗?在上届世界杯决赛中,他击中了球门的上角,球飞走了。这次对阵智利,他把球踢到了地面附近,尽管智利门将做出了正确的回应。但是他救不了球——他的腿力量跟不上重力。巴迪在罚球时会采用这种正确的科学方法。
回家后,你和你的团队成员应该有一个很好的物理教程。"
不可能,就是这样。如果你不能很好地玩科学,科学会反过来玩你。做科学是一件非常严肃的事情。不要认为那些科学家整天板着脸假装成“B”,因为这不仅仅是输掉比赛那么简单,有时甚至有几个数字会导致生命损失(第一位为太空牺牲的宇航员,苏联宇航员科马洛夫(Vladimir Komarov,1927~1967),如果你感兴趣,你可以自己去查一下)。但是现在让我们反过来想想。无论是共振还是重力,科学真的有罪吗?我认为,如果科学有感情和权利,它肯定会诉诸人类最高法院。至少,几千年来,不管人们如何评价它,自然法则在没有情感和偏见的情况下运作。那么,这是人类的无知吗?没有办法,是“哪只手”让人类成为世界上最能找到原因的动物。
这种情绪不会就此结束,也许你会反驳——我“错误地”混淆了科学和自然法则。如果你真的有这样的想法,请用Ctrl+F键将所有的“科学”替换为“自然法则”(你可能会发现效果基本相同)。在这种情况下,下面是真正的科学,危险的科学,危险的人类认知。“哪里,哪里?”呵呵,还是在以后的感情中。