在我國的潮州韓江之上有一座著名的橋叫做廣濟橋。這座橋與泉州的洛陽橋、趙縣的趙州橋、北京的盧溝橋並稱為中國四大古橋。這座橋建於南宋，民間傳說它是八仙和廣濟和尚建造的。在清朝雍正年間，當地知府鑄造了兩個鐵牛，意在"鎮橋御水"。但是天不遂人願，在道光時期，韓江發了大水，把一隻鐵牛給衝走了。人們沿江順流尋找，卻始終沒有找的這隻被衝走的鐵牛。時過境遷，125年後，大清早已滅亡，新中國成立，人們在廣濟橋上遊200米處發現了鐵牛。經過確認，這正就是當年被洪水衝走的鎮江鐵牛！那麼，為什麼這個1.4噸的鐵牛會一個世紀後，能夠逆流而上，重新出現在人們的眼中呢？
其實古人已經做出了解釋。在紀曉嵐的《閱微草堂筆記》中的《河中石獸》中寫道："蓋石性堅重，沙性鬆浮，水不能衝石，其反激之力，必於石下迎水處齧沙為坎穴，漸激漸深，至石之半，石必倒擲坎穴中。如是再齧，石又再轉，轉轉不已，遂反溯流逆上矣。紀曉嵐說的是石頭，但這與鐵牛的道理是一樣的。他的意思是河水掏空了石頭、鐵牛這樣重物前方的沙石，將它們一點一點的運到了上遊。這是古人的智慧，但是讀者朋友們有沒有想過，如果用當代的流體力學知識分析一下這個奇怪的現象，結果將是怎樣的呢？
首先，我想給大家介紹一下流體力學中廣為人知的方程——伯努利方程。它不像歐拉方程、納維-斯託克斯方程、本構方程那樣晦澀難懂，而是具有很方便的實用性。具體來說，它的表達式為：
如果我們不考慮高度的變化，這個方程可以理解為動壓和靜壓是守恆的。所謂靜壓，就是我們通常所說的壓力。而動壓呢？就是與流體運動所具有動能相當的壓力能大小。速度越大，流體所具有的動壓也越大。當運動的流體靜止時，所對應的動壓會轉變為靜壓，也就是流體壓力會增加。
此外，我們還需要了一下流動邊界層的概念。之前的文章也介紹過流動邊界層。以河水為例，河水經過河底時，速度並不是均勻的，由於粘性的作用，緊挨著河底的水是靜止的隨著高度的增加，速度也跟著變大。我們把固體壁面附近，速度從0過渡到主流速度的區域叫做邊界層。這就是說，在河水裡，靠近河底的位置水流速度是比較小的。換句話說，河底水流的動壓更小。
有了這兩個知識我們就可以解釋為什麼水底的鐵牛會被運送到上流。河水為什麼會掏空鐵流前方的泥沙而不是直接繞開鐵牛。在正常流動的河水裡，壓力與重力已經平衡，河水沿著直線向前流動（不考慮其他影響）。當河水遇到鐵牛的時候，主流區域的水會滯止，動壓轉變為靜壓，壓力提高。同樣，河水底部邊界層也會滯止，動壓也會轉變為靜壓。但是，不同指出就在於底部邊界層裡的河水速度較低，轉變的靜壓與主流區想必也就更少。這樣原本受力平衡的河水不再平衡。主流河水的壓力增加的多，流動邊界層增加的少，這樣主流的河水就會流向河底的邊界層。而且，河水並不是在鐵牛表面突然滯止，在鐵牛前方就已經開始減速了，所有這個作用會發生在整個鐵牛前方的流場之中。這樣就形成了下圖的偏轉流動。
上面我們說都流動，如果從三維立體的角度來看，會在物體前緣附近形成一個漩渦，這個漩渦會繞著物體想兩側發展，形成一個U形的渦管。因為這個渦管很想馬蹄鐵，所以英文裡面叫做馬蹄鐵渦，人們通常有叫它為馬蹄渦。無論是圖中的圓柱體，還是我們研究的鐵牛，只要物體表面存在突起，都會有形成或大或小的馬蹄窩的趨勢。日積月累，經過一個多世紀的作用，鐵牛就被搬運到上遊了。
除了鐵牛逆流而上的例子，再生活中同樣可以看到這種現象。在冬天下雪的時候，如果風也比較大，那麼雪停後就可能看到地面石頭，大樹樹根，房屋前面的積雪比較少，甚至會露出地面，而它們後面的積雪卻比較多，這都是馬蹄渦的作用。今年冬天，讀者們可以留心一下哦。如果您喜歡我們的文章，記得關注訂閱哦。您的支持就是我們創作的動力！