伯努利效应的船吸现象

2024-05-12

1. 伯努利效应的船吸现象

1912年秋天,“奥林匹克”号正在大海上航行,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,彼此靠得较拢,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”号闯去。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。究竟是什么原因造成了这次意外的船祸?在当时,谁也说不上来,据说海事法庭在处理这件奇案时,也只得糊里糊涂地判处船长制度不当呢!后来,人们才算明白了,这次海面上的飞来横祸,是伯努利原理的现象.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;反之亦然.用这个原理来审视这次事故,就不难找出事故的原因了.原来,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”。鉴于这类海难事故不断发生,而且轮船和军舰越造越大,一旦发生撞船事故,它们的危害性也越大,因此,世界海事组织对这种情况下航海规则都作了严格的规定,它们包括两船同向行驶时,彼此必须保持多大的间隔,在通过狭窄地段时,小船与大船彼此应作怎样的规避,等等。同样道理,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”的一下掀起屋顶的茅草,使其七零八落地随风飘扬.正如我国唐朝著名诗人杜甫《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.”所以,在火车飞速而来时,你决不可站在离路轨很近的地方,因为疾驶而过的火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。你瞧,这有多危险啊!你现在明白了吧,为什么到水流湍急的江河里去游泳是很危险的事。有人计算了一下,当江心的水流以每秒1米的速度前进时,差不多有30公斤的力在吸引着人的身体,就是水性很好的游泳能手也望而生畏,不敢随便游近呐!

伯努利效应的船吸现象

2. 帆船的主要动力来源是什么?是鲶鱼效应,蝴蝶效应,伯努利效应

帆船的最大动力来源是“伯努利效应”。
1726年,伯努利通过无数次实验,发现了“边界层表面效应”:流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小,反之压力会增加。为纪念这位科学家的贡献,这一发现被称为“伯努利效应”。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体,是流体作稳定流动时的基本现象之一,反映出流体的压强与流速的关系,流速与压强的关系:流体的流速越大,压强越小;流体的流速越小,压强越大。
人们通常认为帆船只能沿风吹动的方向移动,即顺风移动。 但三角帆使帆船还能够迎着风移动(逆风移动)。 
船帆的最先着风之帆缘称作前缘,它位于船只的前部。后部的船翼后缘称作帆的后缘。 从前缘到帆的后缘的假想水平线称作弦。船帆的曲度称作吃水,并且从弦到最大吃水点的垂直距离称作弦深。 充满空气以形成凹面弯曲的船帆的一面称作迎风面,向外吹以形成凸起形状的一面称作背风面。
船只借助帆的每一面所产生的力量沿着迎风方向移动。 迎风面的正向力量(推力)和背风面的负向力量(拉力)合在一起形成了合力,这两种力量都作用于同一方向。船帆上的每一点都作用了不同的压力. 压力最强处位于弦深处,即船帆曲面最深处. 这也是气流最快和压力下降最大的地方. 随着气流向后移动并分离,力量也随之减弱.这些力量的方向也会更改.在船帆的每一点上,该力量与帆面保持垂直. 船帆前部的力量最强处也在最前方向上. 在船帆的中部,力量更改为侧方向,或倾斜方向.在船帆的后部,随着风速的下降力量也逐渐减弱,并导致向后方向或往后拉的方向。

3. 帆船的主要动力来源是什么?是鲶鱼效应、蝴蝶效应还是伯努利效应

帆船的最大动力来源是“伯努利效应”。
1726年,伯努利通过无数次实验,发现了“边界层表面效应”:流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小,反之压力会增加。为纪念这位科学家的贡献,这一发现被称为“伯努利效应”。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体,是流体作稳定流动时的基本现象之一,反映出流体的压强与流速的关系,流速与压强的关系:流体的流速越大,压强越小;流体的流速越小,压强越大。
比如,管道内有一稳定流动的 流体,在管道不同截面处的竖 直开口细管内的液柱的高度不同,表明在稳定流动中,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。这一现象称为“ 伯努利效应”。 伯努利方程:p+1/2ρv^2+ρgh=常量(其中,p为压强,ρ为流体密度,v为流体速度,g为重力加速度,h为高度。)。

帆船的主要动力来源是什么?是鲶鱼效应、蝴蝶效应还是伯努利效应