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第10章 在提瓦特运行流体力学基础是否会导致‘白努力’原理【2 / 2】

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在接受了诺艾尔的一杯咖啡的洗礼后,杜威总算是离亖不远了,但还剩一口气在,多少能撑着让骑士团的几人把他身上的毛薅完。

“在进行今天的实验之前,我需要先给大家做一个看似毫不相关的实验,对了,芭芭拉小姐来了吗?”杜威取出一把金属汤勺,汤勺的上面系上了一根绳子,连接在一根木棍上,木棍则固定在桌子上。

“我来了,杜先生,想不到我也有成为实验人员的一天呢~”芭芭拉小姐走了过来,和杜威打着招呼,看得出来她今天的心情很好。

“非常感谢芭芭拉小姐今天能来参与我们的实验,芭芭拉小姐的水元素神之眼能够派上大用场,比如制造一个持续的水流。”

杜威指了一下勺子上面一点的位置,示意芭芭拉在这里制造水流。

芭芭拉照做,然后杜威小心的用一根木棍顶住金属汤勺的凹面,将凸面慢慢靠近水流,直到接触到水流。

随后杜威拿开手,汤勺被吸附到水流上,而水流也因为和汤勺的接触而改变了原本的运动轨迹——顺着汤勺的弧面流动然后流向斜下方。

原本应该垂直下落的水流为何会因为接触到一把汤勺的凸面而改变原本的运动轨迹呢?

“这难道也是伯努利原理吗?你看,流速快导致压力相对变小,于是汤勺被水流吸附住了。”阿贝多捏了捏下巴。

“嗯。”杜威点了点头。

但就当所有人准备为阿贝多的回答正确而庆祝时,杜威再次开口:“这个答案是错误的。”

“诶?”阿贝多瞪大了眼睛。

“实际上,伯努利原理并不能完全解释机翼的升力,所以今天有一个新的概念——”

诺艾尔适时的将之前在图书馆里的画板搬了过来,放在杜威身旁,并且十分贴心的给杜威递上了炭笔。

“谢谢你,诺艾尔小姐。”

“没事的,杜先生。”诺艾尔摇了摇头。

“今天这个新的概念就是——啊,芭芭拉小姐可以停下来了。这个新的概念,叫康达效应,也叫附壁作用或柯达恩效应。

是指流体在碰到弯曲的物体时,有离开本来的流动方向,改为随着凸出的物体表面流动的倾向。

当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时(即存在流体粘性)且曲率不大(曲率越大,表示曲线的弯曲程度越大)时,流体会顺着该物体表面流动。

这种现象可以从力学的角度来解释:根据牛顿第三定律,物体施与流体一个偏转的力,则流体也必定要施与物体一个反向偏转的力。这种力在轻质物体上体现得非常明显,如汤勺之类的。”

杜威在纸板上写写画画,下面的人看得似懂非懂。

大意便是,水流或较大的气流,这种有粘性的流体在通过一个弯曲程度并不大的凸出物体的表面时,会使流体沿着凸面方向做一定角度的偏转。

“大概明白了……”阿贝多点了点头。

“那这个东西是做什么的?”安柏指了下杜威身后的机器。

“这个啊,这个是展示气流在机翼上呈现的状态的机器,我称之为风洞。现在我们只能制作这么小的风洞,想要做能给正常大小的飞机测试的风洞对我们来说太困难了。”杜威摊了摊手。

“杜先生,烟已经准备好了。”诺艾尔走了过来,轻轻拍了下杜威的肩膀。

“哦,是吗,诺艾尔真厉害。”

“没……没有啦……”

上凸下平的翼面已经在风洞中被安置好了,并且与地面有着大约4°的夹角。

昏昏欲睡的温迪站起来,启动了风洞——他在风洞吹风的地方布置了两个魔法阵,由他进行启动,进行长时间的送风。

而烟——杜威没找到其他材料,于是直接烧了柴火,多少也是有点烟的对罢。

烟通过管道被送入风洞内,形成一道平直的轨迹。

当烟接触到机翼剖面时,机翼后部的烟居然形成了小小的波浪。

“温迪,慢慢加速风速。”

“好~”

小小的波浪变大,然后机翼下表面的烟气被吸到上表面形成了一道涡流。

“你们看,这里有一道不断被吹走的涡流。”杜威指了下机翼上表面后缘位置。

“刚刚还是波浪,现在居然变成旋涡了!”安柏感叹道。

“话说到这份上,应该引入新的知识点了吧?”靠在琴团长身旁的丽莎笑着问道。

“是的,新的知识点,叫角动量守恒定律。

一般来说,当流体(如水或空气)在受到外力作用,如物体移动、流速变化或者地形影响时,会发生流体运动的不均匀性,局部区域的流体因受力产生加速度差,进而导致流线发生弯曲,从而形成漩涡。

这种流体的旋转运动通常遵循角动量守恒定律,即在没有外力矩作用下,流体的总角动量保持不变。

你们看,这里出现了涡流,根据角动量守恒定律,总角动量不变的情况下,必有另一个漩涡与之抵消,就在这里。”

杜威指了一下机翼前缘。

“总角动量不变,因此,如果后面这里有了一个旋涡,那么在机翼前缘就一定有一个大小相等方向相反的环流来抵消它。这个环流从前缘下表面出发,绕过前缘到达上表面,叫做绕翼环流。

由于后缘的旋涡不断被吹走,又不断形成,速度提高,前缘的绕翼环流不断增强,这使上表面的气流不断增强——”

“根据伯努利原理,流速快的地方压力低,上表面空气流速比下表面快,产生的压力差导致飞机飞了起来。是这样吧?”阿贝多取出了小本本看了几眼,然后开口回答道。

“嗯,这当然也是一定的升力来源,你看,这个机翼是有一定角度的攻角的,空气会先撞到下表面。力的作用是相互的,所以,这一部分撞击到下表面的气流给了机翼一定的向上的力,叫撞击升力。

所以,机翼的升力不能只用一种理论才能解释。我当时上初等学校时,老师只告诉我伯努利原理,我当时把脑子里的东西都抖落出来也没想明白,凭啥伯努利原理可以解释为何机翼上表面气流速度比下表面快呢?直到我进入了高等学校后,才逐渐明白,升力这个东西并不是简简单单的一个理论就能解释的,而是多种理论一起解释才行的。

只用一种伯努利原理解释升力本来就是对科学的不负责。因此,我当时就对那些只用伯努利原理解释飞机升力的人为‘白努力’。

现在你们大概明白了吧,关于飞机如何起飞的问题?”

杜威放下了手里的炭笔,看向了众人。