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考虑空气升力的优化设计，转而考虑对雷达的隐藏能力。所以就出现了机翼和机身下面是一整个平面的结果。

    在某些情况下,伯努利效应会带来危害。两条船在水上并列行驶时，中间的水流相对流速快，外侧的水压会使两船靠拢。如果一条船很小时，压力会使小船撞到大船上。

    在游泳池或河中游泳，离开水以后身体上总是湿漉漉的，也就是有些水会粘滞在身体上。某些特殊材料，比如经过纳米表面加工后，可完全不粘水。通常的物体总是或多或少会粘水。同样，空气也有类似特性，不过不易被观察。观看体育运动时，会发现一些有趣的结果。比如足球，有香蕉球、落叶球，还有一种路线飘忽的球。乒乓球有弧圈球，侧旋球等。这些球的轨迹和我们的通常预计的有很大差异。这是怎么回事呢？

    球在前进的同时带有旋转，而球表面粘滞了一层空气，这层空气随着球共同旋转，与迎面而来的气流相互作用，就产生了类似于机翼的情况。如图4.3所示,球本身向左飞行，从球上空观察，描述球旋转方以及球不同方位气流按照球前进方向为基准。那么旋转方向是右旋。飞行气流与球左侧的旋转粘滞气流方向一致，流速加快，而与右侧的旋转粘滞气流方向相反，流速降低。那么球的右侧压力大于左侧，球飞行轨迹与无旋转的球飞行轨迹相比就向左偏移。同理，左旋球向右偏移，上旋球向下偏移，下旋球向上偏移。打乒乓球就可以验证结果。一般情况下，左右旋和上下旋会结合在一起。比如左上旋，或右下旋。那么球的偏移轨迹也是对应偏移轨迹的结合。偏离程度与两种旋转的程度相关。同样，足球中的香蕉球、落叶球原理也是这样。香蕉球相当左旋或右旋球，落叶球相当上旋球。这种因旋转到导致轨迹偏移的现象以德国人马格努斯的名字命名。特殊情况：足球中有一种球在空中的轨迹居然是忽左忽右。这种球完全不旋转，在空中应当是标准的抛物线。但球场中总有些小风，这些风方向不定，不同位置的风向可能相反。完全不旋转的球在空中就受这些小风的影响，可左可右，并且速度快，很容易干扰守门员的判断。这种情况和滑膛枪的子弹类似，在超出100米后，子弹不知道飞到哪里去了。所有滑膛枪时代的战术是以量取胜，大量射手排成阵列同时射击。双方均采用此方法，战术情景类似排队枪毙。在进入线膛枪时代，进行远距离射击，还需要观察手，给出风速和方向，以便校准射击。

    观察：

    伯努利原理的另类应用。在赛车场上，为了增加轮胎与车道的摩擦力，以增强赛车控制能力和速度，赛车的外形制作是让赛车与地面之间气流速度快，气压小，赛车上方流速慢，气压大，这样增加了赛车的抓地能力。

    足球射门集锦中总有一些香蕉球出现，观察球员在触球时的动作和球飞行轨迹之间的关系。

    巴西有个球员儒尼尼奥擅长踢飘忽球，仔细观察电视慢镜头回放中的忽左忽右轨迹以及球本身。

    网球、高尔夫球、台球、排球都有旋转形成轨迹偏移情况，最突出的还是乒乓球，球拍制造旋转的能力超强，当然主要还是球员技术。在自己熟悉的球类运动中实践旋转的制造，是否能总结出制造旋转的规律？操场和球不是必须品，玻璃珠及类似物品也可以尝试。

    球表面粘滞流体，带来马格努斯效应，也降低球的旋转。观察高尔夫球，其表面有大量小坑，这个可以大幅度增加高尔夫球的飞行距离和旋转时间。小坑里的空气，旋转飞行时一直保持着内，在飞行中外部气流与坑沿上的空气膜作用，对球的飞行和旋转的摩擦作用远小于光滑球面的结果。同时气流可更顺利抵达球的背后，球的迎面和背后的压力差别小，球可以飞的更高更远。在博物馆里面寻找古代的类似玩具，是否表面有同样结构？

    自然中的风筝：在大风中，蜘蛛被吹上千米高空，而它吐出的丝长长地拖着后面。由于蜘蛛轻小，风很轻易就将蜘蛛带到几百公里以外的地方。当海中火山喷发形成一个新的岛屿时，首先到来的就是蜘蛛及其他类似体型的昆虫，植物的种子虽然来了，但还没有适合的条件发芽生长。而最早在这里生存下去动物就是蜘蛛，为什么？

    秋天大雁南飞，经常是人字形或一字形。难道大雁有检阅队伍的爱好？早期解释是大雁如此可以节省不少体力，这种说法可能过于乐观。结合这些群体生活的迁徙鸟类行为，后来的解释大致是综合因素，大雁这样飞行便于确定队伍中各自的位置，至于节省体力尚待进一步分析。大约可估计，节省体力存在，但不如通常认为的那么多。不过鸟类长途跋涉后，体重减轻可达30%以上，节省一点体力就意味着生存可能性更大。另外鸟类飞行无法和飞机相同，翅膀还要产生向前的动力。电视慢镜头可以显示鸟类扇动翅膀的动作，和昆虫的方式不同（鸟类挥动翅膀，从鸟翼前缘向后方生出旋涡状的气流，和飞机螺旋桨后方产生的气流非常类似。例外：蜂鸟，体型非常小，飞行方式是鸟类和昆虫的结合）。

    除了进行有组织飞行外，降低体力消耗主要是降低飞行时空气对身体的阻力。通常所说的流线型，就是指那些有效降低空气或水阻力的外观结构。以空中为例，飞行时什么因素影响阻力？鸟表面粘滞着一些空气，这些粘滞空气和翅膀两侧气流作用带来阻力及升力。空气迎面冲来，相当于临时压缩，压力增加。而背后部分则空气补充滞后，相当于临时膨胀，压力减小。那么正面和背后的空气压力差也成为阻力的来源。除了提升升力的飞羽外，那些覆羽将整个轮廓构造为流线型，使得正面空气更易流到背后，压力差减小。实际上，慢速飞行时粘滞阻力是主要因素，快速飞行时压力差阻力是主要因素。观察空中飞行者，鸟类基本都是流线型身材。昆虫，比如苍蝇，不必在乎什么身材（3亿年前，地球上充斥着大量大型昆虫，体长近1米的蜻蜓。这些昆虫体型没什么变化，那说明它们的飞行方式和现代鸟类完全不同）。水的密度比空气大得多，流线型依然重要，但粘滞阻力也必须降低。悉尼奥运会，索普穿着鲨鱼皮泳衣夺得3枚金牌，使得鲨鱼皮泳衣名震泳界。后来被认为是不正当竞争，又禁止使用。而鲨鱼皮表面粗糙，可当砂纸，进行光滑打磨。正是这些粗糙褶皱，起到了高尔夫球表面的效果，大幅度降低了粘滞阻力。

    人类制造了大量空中和水中的机械。为了增加效率，流线型的外壳是必不可少（例外：直升飞机，飞行速度慢，为了增加巡航速度，外型基本还是流线型，存在大量外挂装置）。不过空气密度小，当发动机力量足够时，外型的要求可适当降低。水的密度大，所以船只的外形构造是提高速度的最重要因素。潜水艇的形状和海豚、鲨鱼很类似，为了模拟这些快速动物的弹性皮肤，潜水艇外部还特意覆盖厚厚的橡胶层。但无论怎么做，都是形似而不是神似，毕竟不能任意扭曲身体。

    观察：

    坐轮船时，观察尾部的扰流，那些小旋涡一个接一个。飞机翅膀、大雁翅膀后面都存在，但眼睛无法观察空气中的旋涡，除非卷进尘土或雾滴。但水中很容易观察。

    飞机降落减速时，翅膀上的减速板升起，破坏了伯努利效应，增加了前后压力差，有效减速。军用飞机甚至还放个降落伞进行减速，当然伞是拖着后方而不是上方。

    赛艇，虽然是水上机械。但在使用中，整个艇身基本都在水面上，就尾部贴在水面，提高前进动力。阻力来自空中，动力来自水里，所以速度奇快。但操作不当，赛艇会飞到空中而出事故。

    集体跑步时，形成一个长长的人链。第一个领跑的人，阻力最大，后面的就省力。为什么？田径比赛的长跑项目，那些冠军基本都不领跑，最后冲刺。除非实力超群，无可匹敌。

    如右图，三角形向左移动，气流产生的阻力是向右方。如果移动速度相同，这两个三角形，那个受到的阻力小些呢？观察水滴在空中下落时的形状（水滴速度越快越好），有条件的情况下，用照相机拍摄水滴形状。对比水滴形状与三角形。

    梅乐芝经理的科普文章（五）

    第5节热

    夏天感到热，冬天感到冷，通常我们以自己的冷热感觉作为对环境的判断。但这种判断并不准确，甚至会出现判断相反的情况。比如同样的井水，夏天酷热时节，这水真是沁人心脾啊，冬天一双冻僵的手则觉得真是春天般的温暖。所以精确衡量冷热需引入温度的概念。我们生活的环境最容易接触的就是水，以水的结冰点定义为0度，沸腾点为100度（在海平面的高度）。这就是瑞典人摄耳修斯对温度的划分。荷兰人华伦海特制定了另外一种划分方法，把一定浓度的盐水结冰温度定为0度，把纯水结冰温度定为32度，水沸腾的温度定为212度。通常我们称为摄氏温度或华氏温度。我国采用摄氏温度划分，以下叙述中温度全部采用摄氏温度。

    温度定义好以后，对于宇宙任意物体的冷热效果，都用其温度来表达。原则上温度没有设上限，可以任意高(实际上，光速给出了对应温度的上限)，但有下限，最低到零下273.15度，记为-273.15c。这个令人意外。太阳内部温度上百万度，某些恒星表面1万度以上，太阳表面温度5500c。地球表面最热的地方是火山口，可达1000c以上，在南极洲，最冷的地方可达-89c。大多数地球的生命可以存活的温度范围大致从0c到50c。少数可以生活中极限环境中。冻原的细菌可以在-150c生存，海底热泉附近的细菌可以在400c生存。多数哺乳动物的体温和我们接近，维持在37c左右。我们的体温基本恒定，如果体温过高或过低，都会危及生命。

    温度高低不同我们感觉热冷不同，但并不是温度决定一切。在炉子上烧开水，烧开小锅水和大锅水的时间不同。身体暴露在0c的空中，人体还可以坚持很长时间，但人体泡在0c的水中，很快就要丧生。造成以上差异的就是热量。

    首先，热量可以传递。烧开水时，无论是燃气还是电炉丝，其温度都在800c以上，开水温度才100c，所以热量是由燃气通过锅传至水。气温0c，我们体温37c，那么热量就由身体传到空气。热量的变化带来了温度的变化。我们定义热量，单位用卡。如同定义长度，单位用米一样。1卡就是1克水升高1摄氏度所需的热量。大锅水比小锅水量大，升高一度需要的热量多，而炉子提供的热量固定，所以烧得慢。温度上升或下降是因为热量的进入或丧失。而热量的进入或丧失是因为热量进出的两方温度有差异。

    其次不同物质在温度变化时热量需求是不同的。在所有物质中，同重量物质等温升高水需要的热量最多。换而言之，在重量相同、降温数量相同情况下，水降温时释放的热量最多。加热1克空气使得温度上升1度需要的热量仅是水的六分之一，而且1克空气的体积几乎是1克水的1000倍！身体向空气传热时，体表的空气很快就被加热，同时皮肤丧失热量因而温度下降。两者温度相同时不再进行热量传递。而距离皮肤较远的空气温度又低于皮肤表层空气温度，所以热量又继续向远离皮肤的方向传递。导致皮肤表层空气温度下降，而这又导致皮肤继续向空气散热。身体内部也类似。从肌肉到皮肤，温度逐渐下降。这样从肌肉到空气，形成了温度的连续下降的一个持续状态。比如：肌肉37c，脂肪内层35c，外层30c，皮肤20c，皮肤表层空气15c…远处空气0c。此时身体不断向外散热，维持着温度分布的稳定。如果身体产生的热量大于或等于保持上述温度分布而需要的热量，人体就能生存下去。在这种情况下，刮来一阵风，就破坏了体表空气形成的温度分布，直接让0c空气抵达体表，人体马上散更多的热出来。此时对身体的状况就相当于不刮风空气温度为-20c时的情况下，人体建立的温度分布。冬天气温不变，刮风和不刮风的日子，身体感觉完全不同。动物的皮外毛发密集，固定住大量空气不受风的影响，这样建立起静态的温度分布，最大限度地降低了恶劣气候的影响。人类使用动物毛皮做衣服，用羽绒填充衣服中间，也是同样原理。当人在水中时，比如在北极的冰海中，海水温度比0c还低一点。皮肤接触同样体积的水，重量几乎是同体积空气的1000倍，加热升温一度需要的热量是4000倍。维持同样的温度分布，人体散发的热量远远不够。所以体温会急剧下降。事实上全身卷缩起来，尽力保持腹部和腋窝的温度，可以生存15分钟。否则5分钟就丧生。而同样在北极附近，夏天后的第一场雪落在因纽特人裸露的皮肤上渐渐融化，他们迎来了新年，安然入睡。思考：

    1.四万年前，史前人类有了重大发明，双卷边缝纫技术，这样毛皮制作的衣服不漏风，他们得以进入当时寒冷的欧洲，随后又征服西伯利亚。沙漠中夏天也需要穿类似的衣服，为什么？

    2.大象身体没有毛，而它的近亲，猛犸象（最晚于4000年前灭绝），又称长毛象，浑身长满了毛。犀牛同样没有毛，但其近亲长毛犀牛也是浑身长毛（最晚1万年前灭绝）。估计这些灭绝的近亲应该生活在什么环境中？

    3.有冬泳爱好者，大冬天凿开冰面游泳。估计能游多久？为什么出水后浑身通红？

    4.初夏开始游泳，水温尚低。刚入水身体感觉很冷，一会就适应了。这说明什么？最后可以测量一下体表温度和水温，让没游的人用手指感觉一下即可。

    5.人体的热量来自体内储能。在身体热量供应不足时，会打冷颤，事实是肌肉在释放热量。很多时候喝高度酒来御寒，其实是在饮鸩止渴。这时候吃点高热量的东西是正经事。为什么？

    6.俄罗斯大妈，基本是胖子的代名词。南方人，比如岭南地区人，都显得干瘦。为什么？北极熊、海豹、海象都安然在冰水中生活，它们身体和人体的差异在哪里？

    7.大型鲸鱼经常在两极活动，人类自19世纪开始大量捕鲸。那是工业革命的时代，在石油工业尚未开始时，鲸鱼就是提供润滑油、蜡烛的天然仓库，为什么？

    8.有喜好晒日光浴的，在冰天雪地中全身赤裸晒太阳。可以肯定的是，当天天气无风。如果刮大风，还能坚持几分钟？

    9.肌肉温度低于正常状态，就丧失部分功能。如果温度严重不足，就表现为冻僵效果。人容易冻僵的部分有手脚耳朵鼻子。为什么？

    10.人体吸入空气，会对空气进行加热或散热。扁平鼻子易于散热。高窄鼻子加热快。观察鼻子就知道祖先在那里长期生活。

    11.生活在水边的鸟类，腹部有厚厚的绒毛，中间固定着大量空气。在水中时，这些空气就是隔离层，防止水直接接触到皮肤，起到良好的隔热作用。我们使用羽绒衣，就是将这些绒毛填充在衣服内层，形成隔热层。同样，棉花也是类似作用。

    早穿棉袄午穿纱，围着火炉吃西瓜。这是说新疆一天内的情景呢。桑拿夏天，天还没亮，就热烘烘的，太阳露个头，蒸笼开始上汽。好一个马拉松式的减肥过程，但除了难受，还是那么胖。持续到凌晨，终于困得合眼了。这是长江流域的情景。

    新疆的情况，说明昼夜温差很大。这也是新疆瓜果甜的原因。白天日光强，温度高，植物光合作用，合成大量糖分。晚上气温低，植物消耗低。综合结果糖分积累很高。为什么昼夜温差大呢？太阳出来了，天空晴朗无云，大量热量传到地面。而地面沙子比例很高，和水相比，同样的热量，沙子升高的温度是水的四倍。少量的热量就可以使沙子温度上升很高。地面温度上升了，空气又被地面加热，所以午穿纱。但在阴凉地方或室内，温度并不高。另外一个重要因素，空气中水蒸汽含量低，人出的汗很容易挥发，所以显得干爽。在高原昆明也有类似效果，只是程度要低些。太阳落山了，失去了太阳的热量补充。地面和空气中的热量依然向太空中以辐射的形式散发。虽然温度很高，但实际储存的热量较少，不存在阻碍散热因素，很快就散发完了，温度降低到辐射散热收支平衡的程度。所以晚上冷飕飕的。

    长江流域的情况，说明昼夜温差小。桑拿的起因是空气中水蒸汽含量快达到极限了。这样人体排出汗很难挥发，都附着身体表面。感觉粘乎乎的，很不舒服。夏天时，副热带高气压笼罩着长江流域（参见16页图），气温高，空气对流弱，风少而小。尤其城市中缺乏植被进行辅助降温，导致整天闷热。气温虽然不如新疆高，但人体自身降温措施失效，躲在哪里都没用。空调可以使某密闭空间温度适宜，后果是恶化整个外部环境，并且恶化效果大于密闭空间的适宜效果。至于大多少，要看空调的效率高低了。所以桑拿天气还有一部分的人为贡献。地表泥土为主，含水量大，储存的热量大，散热时空气中的水蒸汽、云都是妨碍散热因素。所以晚上散热效果不佳。在地球同纬度的其他地区，大量都是沙漠。都是副热带高气压和人共同惹的祸，撒哈拉沙漠史前还是草原呢。当然气候是主要因素，环境太脆弱，人只不过小小地推了一把，就让环境万劫不复。同样的情况也出现在新疆东部和甘肃、内蒙西部。

    在热带，气温一直很高，不存在四季情况，只存在雨季和旱季。而雨季和旱季交替依赖季风的风向。而暖湿气流只能来自海洋。西双版纳，旱季是11月到来年4月，雨季是4月到11月。那么对应的季风情况，就是11月到4月，刮东北风，所以旱季。4月到11月，刮西南风，风来自印度洋，所以雨季。而太平洋的气流最远可以抵达青海西宁，大西洋的气流最远抵达新疆伊犁河谷。青海和新疆大部分地区，甘肃中西部，内蒙中西部，没有海洋气流抵达。如果没有喜马拉雅山脉及青藏高原，印度洋的气流估计可以抵达。经常光顾这里的气流主要是西伯利亚寒流，因此降雨量很小。地貌以草原、沙漠为主，水主要来自冰川融化。在内陆河流经的地方形成绿洲和贸易中转站，间或可以进行农业种植。近几十年全球气候快速变暖，导致冰川积累不足，逐年退后，依赖冰川融水的地区水供应日渐窘迫。

    思考：

    1.中国耕地面积，目前集中在华南、长江流域、华北和东北。耕地对水供给的要求较高。而草原要求很低。在历史上，长城是防御草原游牧部落进攻的主要屏障。农业耕作，对降雨量达要求是400毫米，中国的400毫米降水线和长城的路线比较吻合，这个是巧合吗？

    2.昼夜温差小的区域应该有什么要求呢？那些是主要因素？

    3.空气中水蒸汽含量使用湿度来描述，湿度达到100%就说明目前空气中的水蒸气达到最大量了，无法再增加了。湿度和温度密切相关，温度越高，空气中允许存在的水蒸气越多。通常的湿度都是指当前温度下，空气中水蒸气的数量和最大可存在值的比例关系，称为相对湿度（绝对湿度是指水蒸气和空气数量的比例关系）。桑拿天气，湿度接近100%，在自来水管道上，可以看到凝结大量水滴，为什么？另外地球上最干燥的地方在南极，为什么？阿塔卡马沙漠为什么比不过？

    4.早期文明，周围都有大河。埃及有尼罗和，苏美尔有幼发拉底河和底格里斯河，印度有恒河，中国有黄河。为什么？希腊没有大河，但其文明却扩散到地中海和黑海区域。而那些有大河的文明，却没有扩散开？