景江紅 盧啟勇 陳 杰

（貴州大學(xué) 物理學(xué)院，貴州 貴陽550025）

記得在貴陽市科技館，有一個項目叫“會飛的碗”，就是一個白色的泡沫碗在氣流的上方做上下微小的振動，而在水平方向永遠平衡在氣流柱的上方，并沒有左右移動。在這個實驗裝置的側(cè)面有一塊大的展板，上面寫著該實驗的原理——伯努利原理，速度大的地方壓強小，速度小的地方壓強大。因為氣流柱的上方空氣流速較大，因而壓強較小。在泡沫碗周圍的壓強就是大氣壓，是大于泡沫碗處的壓強，所以泡沫碗是不會偏離氣流柱的。其實在生活中有很多關(guān)于伯努利原理的例子，恰好2019年中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（China Undergraduate Physics Tournament，簡稱CUPT）的第4 題就是漏斗與球，通過向漏斗中吹氣，一個輕質(zhì)小球（如乒乓球）可以被拾起。解釋此現(xiàn)象并探究相關(guān)的參數(shù)。于是我們用不同質(zhì)量的乒乓球和漏斗做了多次實驗，并總結(jié)出實驗規(guī)律。

首先我們用吹風(fēng)機產(chǎn)生的氣流柱對乒乓球吹氣，乒乓球浮了起來，實驗很簡單，也非常成功。后來很多同學(xué)會問，氣流在下方吹，乒乓球當(dāng)然不會掉下去了。于是我們對實驗進行了改進（如圖1 所示），用吹飛機對著漏斗往下吹，在漏斗口的下方輕輕地放了乒乓球，果然乒乓球沒有掉下去，而是懸浮在氣流柱的下方。這是因為氣流從乒乓球和漏斗間的縫隙流過，流速大，因而壓強小，下方的大氣壓會把乒乓球托起來。

圖1 漏斗與乒乓球平面圖

為了氣流的穩(wěn)定性，我們選用氣泵代替吹風(fēng)機進行了實驗。同時選用了幾種不同質(zhì)量的乒乓球和不同口徑的漏斗重復(fù)了多次實驗發(fā)現(xiàn)，乒乓球質(zhì)量、氣流速度、漏斗頸口面積大小、漏斗開口角度這些因素對實驗均有影響。得出了如下結(jié)論：

（1）當(dāng)空氣流量一定、乒乓球質(zhì)量一定時，漏斗的開口角度越大，乒乓球被吸起來的概率越低。

（2）當(dāng)漏斗的開口角度一定、乒乓球質(zhì)量一定時，隨著空氣流量的減小，乒乓球被吸起來的概率越小。

（3）在漏斗開口角度一定、空氣流量一定時，隨著乒乓球質(zhì)量的減小，乒乓球被吸起來的概率越高。

另外，我們?nèi)粘３俗淖畋憷慕煌üぞ? 飛機，它的飛行也是利用了伯努利原理，即流速大的地方壓強??；流速小的地方壓強大。飛機的機翼下表面較平，上表面較凸，在相同的時間里，氣流經(jīng)過上面的距離長，速度快，經(jīng)過下面的距離短，速度慢。機翼之所以這么設(shè)計，就是為了使通過機翼下方的流速小于上方的流速，從而在機翼上、下方產(chǎn)生了壓強差——即機翼下方的壓強大于上方的壓強，該壓強差對飛機就提供了一個升力。

飛機起飛時，當(dāng)機翼所產(chǎn)生的升力大于飛機的重量時，飛機就能夠離開地面而飛向天空。而升力的大小，與掠過飛機機翼表面的的氣流速度有密切的關(guān)系；氣流速度大，升力就會越大，所以如果飛機迎風(fēng)起飛，掠過機翼表面的氣流速度，就是飛機滑跑的速度和風(fēng)速之和。因此，飛機迎風(fēng)起飛時，產(chǎn)生的升力比較大，滑跑距離也會比較短。當(dāng)飛機降落的時候，我們是希望飛機的速度能盡快減小，迎風(fēng)降落可利用阻力來減小飛機的原有速度，相應(yīng)地可以縮短著陸時的滑跑距離。此外飛機迎風(fēng)起落還有更高的安全性。因為飛機起飛或降落時速度都比較小，穩(wěn)定性較差，迎風(fēng)起降則不容易受到側(cè)風(fēng)的影響，還能使飛機保持一定的升力，所以安全性能更高?？偠灾w機迎風(fēng)起落的主要好處在于：①可以縮短飛機起飛或著陸時的滑行距離，②安全性能更好。所以下次你的朋友或者家人坐飛機之前，請不要再說“一路順風(fēng)”！

你聽說過航海上的“船吸現(xiàn)象”嗎？根據(jù)伯努利原理，流體流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大。當(dāng)兩艘輪船平行著向前行駛時，兩艘船中間的水流速度比外側(cè)的水流速度大，因此兩艘船中間的壓強小，外側(cè)的壓強大。這樣，在兩船外側(cè)水的壓力作用下，似乎會有一種無形的力量在推動著兩船逐漸靠近，最后相撞?，F(xiàn)在航海上把這種現(xiàn)象稱為“船吸現(xiàn)象”。

圖2“奧林匹克號”與“豪克號”相遇

圖3“奧林匹克號”與“豪克號”相撞

在1912 年9 月20 日，發(fā)生一次著名的海上事故。當(dāng)時隸屬于英國白星航運公司“奧林匹克號”游輪開往紐約，在懷特島東北海域，與皇家海軍的“豪克號”巡洋艦相遇（如圖2）,當(dāng)“豪克號”接近這艘當(dāng)時世界上最大的遠洋輪約100 米處時，突然“豪克號”向左猛拐過去，好像“奧林匹克號”是一塊巨大的吸鐵石一樣，近乎筆直地向大船沖來。于是，7350 噸的“豪克號”和45000噸的“奧林匹克號”相撞了,“豪克號”的船頭撞到了“奧林匹克號”的船舷上，這次撞擊程度之劇烈，以致于“豪克號”把“奧林匹克號”的船舷撞出了一個大洞（如圖3）。而當(dāng)時，沒人能說出來是什么原因，據(jù)說海事法庭在審理這件奇案時，宣判“奧林匹克號”船長為過失的一方，法院的判決書寫著因為他沒有發(fā)出任何指令給橫著駛來的“豪克號”讓路，這就是著名的“船吸現(xiàn)象”。

我們可以用嘴向兩張紙中間吹氣，會發(fā)現(xiàn)兩張紙會相互靠近或者相吸，其實這和“船吸現(xiàn)象”是完全一樣的道理。

當(dāng)然，生活中的例子還有很多。大家可以想一想，我們生活中還有哪些現(xiàn)象是應(yīng)用了伯努利原理呢？