流體相對運動原理的局限性探討

2020-12-04 布衣的烏託邦

質疑科學會進步,質疑歷史會迷失。在實驗室裡就可進行科學研究,而考古得漫山遍野去碰運氣,也許。考古比科研難多了。

在《航空航天概論》67頁中的相對運動原理中說到,「有風的時候,即使我們站著不動,也會感覺到有空氣的力量作用在身上;在沒有風的時候,如果我們騎車飛馳,同樣也會感覺到有空氣的力量作用在身上。以上兩種情況雖然運動的對象不同,但所產生的空氣動力效果是一樣的」。

然後歸納「所產生的空氣動力效果是一樣的」現象是前一種是空氣流動,物體不動;後一種是空氣靜止,物體運動。因此只要物體和空氣之間有相對運動就會在物體上產生氣動力,然後在68面總結飛行的相對運動原理。

但在實際中,風吹物靜和風停物動是兩種性質不同的物理現象,空氣靜止的時候,它是瀰漫在物體周圍,空氣流動時,它是以一種物體衝擊另一種物體,由此風吹物靜和風停物動產生的物理效果並不完全相同。

一、時間上的延遲性

時間上的延遲性是指空氣流動、物體靜止和空氣靜止、物體運動這兩種物理現象的作用效果出現時間上差異。

假設物體為一長方體,當空氣流向物體左側底面的時候,首先這個底面壓強增加,受到空氣動力的作用。假設這個物體很長(下圖)的話,氣流還沒有到達右側底面,那麼在這個時間內物體只有氣流正面(物體左側底面)受到空氣動力的作用,物體的氣流背面(物體右側底面)壓強大小沒有什麼變化。只有當空氣流過整個物體時,物體的氣流背面才受到伯努利原理壓強減小,這時物體前後的壓強才受到一增一減變化,受到的空氣動力大增。

通過上面分析,空氣流動、物體靜止時的作用效果會出現時間上差異,而物體運動、空氣靜止則不會出現作用效果在時間上差異,因為物體無論有多長,它的左側底面和右側底面都是同時運動的,所以空氣動力效果不存在時間上的差異。

二、背風面壓強變化原理不同,變化趨勢相反

空氣流動、物體靜止和空氣靜止、物體運動這兩種物理現象中,物體的背風面壓強原理是不同的,變化的趨勢也正好相反。

如左下圖,空氣流經物體時,物體左側壓強增大,物體右側受到伯努利原理影響壓強減小,但由於物體靜止,物體右側底面越接近中心壓強越穩定,壓強越大,越接近外緣越受氣流影響,壓強越小,所以它的壓強是從裡向外減小的。

我們可用個實驗證明,在左下圖物體右側底面放一片紙緊靠在底面上,從物體左側向右側吹氣時,紙片會離開物體底面向右側飛去,說明底面壓強大,外面壓強小。

當空氣靜止,物體運動時物體受到的空氣動力效果會有一定區別,如右上圖,此時物體左側底面迎空氣運動,壓強增加。物體右側底面遠離空氣運動,相當於減慢了空氣分子向物體撞擊的速度,表面壓強減小。但此時周圍空氣靜止,壓強不變,那麼就形成了物體右側底面越接近中心壓強越小,越接近外緣壓強越大的,所以它的壓強是從裡向外增大的。

同樣,我們也可用個實驗證明,在右上圖物體(可用格尺代替)右側底面放一片紙緊靠在底面上,從使格尺向左側快速運動時,紙片會緊跟格尺右側底面向左側運動一段,說明格尺右側底面壓強小,四周壓強大。

三、飛機的飛行一般兩種情況都出現

在飛機的飛行中,因為飛機肯定是運動的,大氣有時也是流動的,所以空氣流動和飛機運動這兩種物理現象可能同時存在。獲取空氣動力的原理我認為不能把流體理論生搬硬套到飛機的飛行原理上成為唯一解釋,而是要把兩種情況分開看,既空氣流動時我們用傳統的流體理論研究升力,飛機運動時我們用熱力學統計物理來研究升力。想想大氣壓強的產生本來就是空氣分子撞擊物體表面的結果,那麼就要探索飛機飛行時空氣分子如何撞擊機翼的,進行有關的統計物理學計算,

風洞實驗已應用一個多世紀,證明它對航空研究切實可行,但它有的實驗中就把上面兩種情況都包含了,如風洞自由飛實驗,空氣和模型都運動,所以我們理論認識不能只科普伯努利等流體理論理解升力。

個人根據統計物理學簡單分析認為相對運動原理產生的空氣動力效果還是有一定區別的,並不是像《航空航天概論》所說的完全一樣,空氣靜止、飛機運動時產生的升力要大於空氣流動、飛機靜止時產生的升力。

引用網上文獻:合理質疑科學發展中前人的成果,不先入為主地迷信書本和權威,以懷疑的眼光看待事物和已有觀點,正是科學的精髓所在、價值所在。縱覽人類科學發展史,一個個勇於質疑的科學家書寫了熠熠生輝的篇章。哥白尼的質疑將宇宙中心從地球轉移到太陽;伽利略質疑亞里斯多德「物體下落速度和重量成比例」的學說開創實驗科學之先河;愛因斯坦質疑牛頓三大定律產生了偉大的相對論……。質疑如一股強大動力,激活創造性思維,從而推動科學進步的車輪滾滾向前。

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