伯努利效应：揭秘诡异弧线的真相

2024-06-12 百科知识版权反馈

【摘要】：伯努利效应诡异弧线是谁造就大家一定都知道足球明星贝克汉姆吧，贝克汉姆的弧线任意球可是世界足坛赫赫有名的一项绝技。其实，足球飞行过程中出现弧线是很正常的现象，用物理学中的伯努利效应就可以解释。因为这一发现为当时的科学进步作出了重大的贡献，所以人们将这一发现称为“伯努利效应”。这就是伯努利效应。

伯努利效应　诡异弧线是谁造就

大家一定都知道足球明星贝克汉姆吧，贝克汉姆的弧线任意球可是世界足坛赫赫有名的一项绝技。那么，足球在空中飞行时，为什么会拐出一个像香蕉一样的弧线呢，难道是贝克汉姆给它施了魔法不成？其实，足球飞行过程中出现弧线是很正常的现象，用物理学中的伯努利效应就可以解释。

物理学家伯努利

1912年秋天，当时世界上最大的远洋轮“奥林匹克”号正在大海上航行，在距离这艘船的百米处，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号也正在向前疾驶，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的，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，把“奥林匹克”号撞出了个大洞，造成一件重大海难事故。

后来，人们才明白了，造成海面上的这次飞来横祸的“罪魁祸首”，正是伯努利现象。

1726年，伯努利通过无数次实验，发现了“边界层表面效应”，即流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压强会减小，反之压强则会增加。因为这一发现为当时的科学进步作出了重大的贡献，所以人们将这一发现称为“伯努利效应”。

“奥林匹克”号海难模拟图

比如，管道内现有一稳定流动的流体，在管道不同截面处插有竖直开口的细管，管内的液柱高度有所不同，表明了在稳定流动中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。这就是伯努利效应。

这条效应反映的是流体的压强与流速的关系，即流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。它的使用范围非常广泛，它适用于包括气体在内的一切流体，它是流体作稳定流动时的基本现象之一。(www.chuimin.cn)

现在再来回过头来重新看一看有关“奥林匹克”号的这个海难的形成原因。当时“奥林匹克”号和“豪客”号这两艘船是平行着向前航行的，由于是平行航行，所以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，也就比外侧水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，它向两船中间位置靠拢时速度要比“奥林匹克”号快得多。因此，造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的海难事故。而在此之后，航海界上把这种现象称为“船吸现象”。

鉴于这类海难事故不断发生，且轮船和军舰的制造规模越来越大，一旦发生撞船事故，它们的危害性也将更大，因此，世界海事组织对这种情况下的航海规则都作出了严格的规定，其中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。

如果你觉得上述例子不便于直观理解，那我们就再举一个日常生活中的例子，那就是乒乓球的上旋球。

足球比赛中的弧线任意球体现了伯努利效应

乒乓球的上旋，会使球体表面的空气形成一个与球的上旋方向相一致的环流，环流的方向与球的上旋方向一致。这时，球体还要继续向前飞行，而它在向前的同时又受到了空气的阻力。环流在球体上部的方向与空气阻力相反，在球体下部的方向与空气阻力一致，因此，球体上部空气的流速慢，而下部空气的流速快。根据伯努利效应，流速慢的压强大，流速快的压强小，这样就使球体得到了一个向下的力，而这个力又让球得到了一个加速度。人们把球体向上前方的运动看作是这样两个运动的合成：一个是沿水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直上抛运动，以此可得出相应的计算式。然后把具体数值代入计算式中，并把计算结果在坐标中画出来，就会联结得出一个具有一定弯曲度的弧线，这就是上旋球的形成原因。

上旋球的利用，可以使得许多运动员如虎添翼。我国著名乒乓球运动员马文革在1994年世界明星巡回赛上速度加旋转，以2︰0轻取1993年世界杯男单冠军普里莫拉茨，第2局更是以21︰6的大比分胜出。在与法国运动员盖亭争夺冠军的决赛中，马文革又以3︰1取胜。在这次比赛中，以速度加旋转为特点的上旋球在弧圈球中表现得最为出色。

弧线球原理

当球在空中飞行并且不断地旋转时，由于空气具有一定的粘滞性，因此当球转动时，空气就与球面发生摩擦，旋转着的球就会带动周围的空气层一起转动，从而形成球在空中向前并作弧线飞行。若是球沿水平方向向左运动，同时绕平行于地面的轴做顺时针方向转动，则空气流相对于球来说除了向右流动外，还被球旋转带动的四周空气环流层随之在顺时针方向转动。这样在球上方的空气速度除了向右的平动外还有转动，且两者方向一致；而在球的下方，平动速度（向右）与转动速度（向左）方向相反，因此其合速度小于球上方空气的合速度。

伯努利效应：揭秘诡异弧线的真相

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