力的反作用力作用于机翼上,相当于气流也在推开机翼,这个力使得机翼向上举起。
另一个重要的效应是气流冲击效应。当一块平板的方向不是与气流运动方向严 格垂直,那么,平板会受到气流的冲击。飞机的机翼与其自身有一定倾角(4度左右) ,特别是,当飞机起飞时,要把机头高高抬起,形成更大的倾角,这样在低速时,也可以获得较大的气流冲击效应,以便使几十吨的飞机起飞。但是,机翼的倾角并不是完全用于提供升力,更多的是为了维持飞机本身的气动布局,以保证飞机在飞行时侯的气动平衡。
飞机是一个非常复杂的气动力学系统,设计师必须保证飞机在x,y,z几个方向上受力平衡。这就是飞机为什么需要机翼、尾翼、垂直尾翼的原因(那种像飞碟一样的无尾翼飞机设计起来是非常麻烦的);此外,为了*控飞机,机翼上都开有活动襟翼,因此要仔细分析飞机的受力很不容易。这也是飞机设计原型为什么要进行风洞试验的原因。
这是一个典型的错误解释。
自行车只有2个轮子,却为什么可以保持平衡呢?甚至,高手在骑车的时候,可以双手离开车把,任由车子向前走而不担心摔倒(但要担心前面呼啸而来的汽车)。物理学家拿出一个陀螺,放在地上转一下,并开始用鞭子使劲抽打它,随着陀螺越转越快,陀螺也像不倒翁一样,虽然只有一个尖着地,却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应:旋转的物体有保持其旋转方向(旋转轴的方向)的惯性。
陀螺只有一个旋转方向,已经很稳定了。而自行车有2个轮子,显然自行车轮子在高速旋转的时候,会使自行车更稳定。因此,骑车人撒开车把也不会倒下。
但遗憾的是,这并非一个合理的解释。
陀螺效应在保持自行车稳定中也许起到不可忽略的效果,但是,如果自行车单单凭借陀螺效应保持稳定,那么,初学者也应该在高速骑车时不会倒下。但是,2个陀 螺似乎并不足以支撑骑车人重达几十公斤的身体的倾斜。刚
学习骑车往往会摔得很惨。从另一个方面看,骑独轮车的杂技演员由于车速很低,甚至车轮完全停止转动,则基本无法依靠陀螺效应保持平衡。
自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人,其身体形成自动的条件反射,当自行车稍微倾斜倒下时,人的身体会感受到,腰部肌肉会自动动作,把身体拉向另一侧,形成的反向力矩促使车身抬起。我们学习骑自行车,也就是训练身体的肌肉完成这种条件反射,而一旦学会,这个控制回路就保持在小脑中,随时可以启用,许多年也不会忘记。
但是高速骑车时,会感觉车子比刚刚起步的时候稳定,这又是为什么呢?自行车本身的平衡机制,来自于前叉后倾。我们可以观察到,几乎每辆自行车的车把轴,都不是与地面完全垂直,而是后倾的。由于前轮是固定在车把的前叉上,因此又叫前叉后倾。前叉后倾,使车辆转弯时产生的离心力其所形成的力矩方向,与车轮偏转方向相反,迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。这样,车子就有了自动回正的稳定性。车速越快,所造成的恢复力矩越大,骑车人就越感到稳定。这就是高速骑车时,会感觉车子比刚刚起步的时候稳定的原因。
一般而言,车子前叉越后倾,车子越稳定,但转动车把越费劲;而后倾角度小,转把较容易,但车子的稳定性不够。但如果自行车完全没有前叉后倾,那么,骑自行车会是一件很痛苦的事情。
自行车其实是相当复杂的力学体系,而汽车的前轮定位更加复杂。有主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束,这保证开车的时候车子尽可能稳定,但又减少轮胎的磨损。
因此,我们看到,在解释实际的物理现象时侯,切不可滥用物理学定律。由此我想到,物理学家尽管在黑板和实验室往往很成功,但面临具体的工程领域,需要大量简单但系统的建构时,就显得力不从心了。因为物理学研究的是抽象模型,这些模型常常是几个变量作用的简单系统,要定量研究清楚,一个需要数学,还有就是需要洞察力;但实际的系统,常常非常复杂,发明这些系统,除了需要洞察力,更多的是类似于设计师一类的建构能力。这就是为什么爱迪生完全没有物理学知识,却可以做出许多重要发明;为什么许多发明尽管被认为是物理学的应用,但其实于物理学无关。
举个例子:蒸汽机尽管是物理学的一个应用,但如果仅仅认为,瓦特是看到水壶的蒸汽把盖子掀开,认识到膨胀的气体可以做功,就发明了蒸汽机,这就太简单了。
实际的情况时,如果不能想出活塞、曲轴、连杆等装置把直线运动转化成圆周运动;不能把进气和排气阀的开启和关闭,用某套机构跟曲轴联系起来;不能设计出合理减速比的传动系统,那么蒸汽机还只是一个物理学的教案,而不能成为现实。
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问题出在哪里呢?其实很多人习惯用某某效应理解问题,但是显然效应的适用范围要比原理或者定理小许多,所以用效应解释问题就容易出现偏差,但并不是因为那些效应的基本原理错了,只是没考虑实际情况,忽略其他重要因素,没用在适当的地方而已。
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