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  • 2023國考考試常識:生活中的伯努利原理

    2022-08-14 14:18 來源:華圖公務員考試網

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      伯努利,瑞士物理學家、數學家、醫學家。他是伯努利這個數學家族(4代10人)中最杰出的代表,16歲時就在巴塞爾大學攻讀哲學與邏輯,后獲得哲學碩士學位,17~20歲又學習醫學,于1721年獲醫學碩士學位,成為外科名醫并擔任過解剖學教授。但在父兄熏陶下最后仍轉到數理科學。伯努利成功的領域很廣,除流體動力學這一主要領域外,還有天文測量、引力、行星的不規則軌道、磁學、海洋、潮汐等。

      伯努利原理

      丹尼爾·伯努利在1726年首先提出:“在水流或氣流里,如果速度小,壓強就大;如果速度大,壓強就小”。我們稱之為“伯努利原理”。

      我們拿著兩張紙,往兩張紙中間吹氣,會發現紙不但不會向外飄去,反而會被一種力擠壓在了一起。因為兩張紙中間的空氣被我們吹得流動的速度快,壓力就小,而兩張紙外面的空氣沒有流動,壓力就大,所以外面力量大的空氣就把兩張紙“壓”在了一起。這就是“伯努利原理”原理的簡單示范。

      1、列車(地鐵)站臺的安全線

      在列車(地鐵)站臺上都劃有黃色安全線。這是因為列車高速駛來時,靠近列車車廂的空氣被帶動而快速運動起來,壓強就減小,站臺上的旅客若離列車過近,旅客身體前后會出現明顯的壓強差,身體后面較大的壓力將把旅客推向列車而受到傷害。

      所以,在火車(或者是大貨車、大巴士)飛速而來時,你絕對不可以站在離路軌(道路)很近的地方,因為疾駛而過的火車(汽車)對站在它旁邊的人有一股很大的吸引力。有人測定過,在火車以每小時50公里的速度前進時,竟有8公斤左右的力從身后把人推向火車。

      2、船吸現象

      1912年秋天,“奧林匹克”號輪船正在大海上航行,在距離這艘當時世界上最大遠洋輪的100米處,有一艘比它小得多的鐵甲巡洋艦“豪克”號正在向前疾駛,兩艘船似乎在比賽,彼此靠得比較近,平行著駛向前方。忽然,正在疾駛中的“豪克”號好像被大船吸引似地,一點也不服從舵手的操縱,竟一頭向“奧林匹克”號撞去。最后,“豪克”號的船頭撞在“奧林匹克”號的船舷上,撞出個大洞,釀成一件重大海難事故。

      這次海面上的飛來橫禍,是“伯努利原理”現象。我們知道,根據流體力學的“伯努利原理”,流體的壓強與它的流速有關,流速越大,壓強越小。

      當兩艘船平行著向前航行時,在兩艘船中間的水比外側的水流得快,中間水對兩船內側的壓強,也就比外側對兩船外側的壓強要小。于是,在外側水的壓力作用下,兩船漸漸靠近,最后相撞。又由于“豪克”號較小,在同樣大小壓力的作用下,它向兩船中間靠攏時速度要快的多。因此,造成了“豪克”號撞擊“奧林匹克”號的事故。現在航海上把這種現象稱為“船吸現象”。

      3、游泳

      學會了“伯努利原理”,我們就會明白:為什么到水流湍急的江河里去游泳是一件很危險的事。有人計算了一下,當江心的水流以每秒1米的速度流動時,差不多會有30公斤的力在吸引、排擠著人的身體,就是水性很好的游泳能手也望而生畏。

      4、刮風掀翻屋頂或壓垮大橋

      當刮風時,屋面上的空氣流動得很快,等于風速,而屋面下的空氣幾乎是不流動的。根據“伯努利原理”,這時屋面下空氣的壓力大于屋面上的氣壓。要是風越刮越大,則屋面上下的壓力差也越來越大,一旦風速超過一定程度,這個壓力差就“嘩”的一下掀起屋頂!正如我國唐代著名詩人杜甫《茅屋為秋風所破歌》所說的那樣:“八月秋高風怒號,卷我屋上三重茅。”

      臺風吹垮大橋也是“伯努利原理”的作用:臺風經過大橋,會從橋面上和橋洞里吹過。由于橋洞相對于橋面比較小,所以風經過的時候,風速比較快,壓強較小,而橋面上的風速比較慢,壓強較大。這樣,就產生了壓強差。橋梁如果承受不了這樣的壓力,就會被壓垮塌。

      5、香蕉球 (弧線球)

      如果你經常觀看足球比賽的話,一定見過罰前場直接任意球。這時候,通常是防守方五六個球員在球門前組成一道“人墻”,擋住進球路線。而進攻方的主罰隊員,起腳一記勁射,球繞過了“人墻”,眼看要偏離球門飛出,卻又沿弧線拐過彎來直入球門,讓守門員措手不及,眼睜睜地看著球進了大門。這就是頗為神奇的“香蕉球”。

      為什么足球會在空中沿弧線飛行呢?原來,罰“香蕉球”的時候,運動員并不是把腳踢中足球的中心,而是稍稍偏向一側,同時用腳背摩擦足球,使球在空氣中前進的同時還不斷地旋轉。這時,一方面空氣迎著球向后流動,另一方面,由于空氣與球之間的摩擦,球周圍的空氣又會被帶著一起旋轉。這樣,球一側空氣的流動速度加快,而另一側空氣的流動速度減慢。

      “伯努利原理”告訴我們:氣體的流速越大,壓強越小。由于足球兩側空氣的流動速度不一樣,它們對足球所產生的壓強也不一樣,于是,足球在空氣壓力的作用下,被迫向空氣流速大的一側轉彎了。

      6、噴霧器

      噴霧器是利用流速大、壓強小的原理制成的。

      讓空氣從小孔迅速流出,小孔附近的壓強小,容器里液面上的空氣壓強大,液體就沿小孔下邊的細管升上來,從細管的上口流出后,液體受到空氣流的沖擊,被噴成霧狀。

      7、翼型升力

      飛機能飛起來,其中很重要的原因就是“伯努利原理”。機翼的截面做成了上凸下平的形狀,當迎面而來的氣流通過機翼時,上表面的空氣流速快,壓力小,下表面的空氣流速慢,壓力大,這樣形成了壓力差,就是升力。

      刷題鞏固

      (2021聯考)優秀的足球運動員會利用技巧使踢出的足球在空中旋轉,旋轉的足球在行進過程中會突然改變原來的運動方向并轉彎,這被稱為“香蕉球”。下列選項的物理原理與“香蕉球”原理不同的是( )

      A.飛機機翼通常設計為上沿是弧形,下沿是平的

      B.用吸管喝袋裝牛奶,喝完后用力吸一下,袋子癟了

      C.火車站臺設置黃色安全線以警示乘客與列車保持距離

      D.兩張相距5厘米的A4紙垂直放置,往中間吹氣,兩張紙會互相吸引

      【解析】B。本題考查科技常識。“香蕉球”之所以可以沿弧線飛行,主要是由于伯努利原理(流速越快,壓強越小)。運動員踢出的“香蕉球”后,球會邊旋轉邊前進,導致在球周圍形成與球旋轉方向一致的環形氣流,環形氣流與足球前進方向一致的一側,流速會變快,壓強減小,環形氣流與足球前進方向相反的一側,流速會變慢,壓強增大。由于此時兩側受到的空氣壓強不相等,在壓強作用下,球向壓強小的一側拐彎。

      A項正確,根據伯努利原理,飛機飛行時,機翼將氣流分為上下兩個部分,上半部分走的路徑為弧線,流速快,壓強小,下半部分氣流走直線,流速慢,壓強大。正是由于機翼下側壓強大于機翼上側,上下壓強不相等,產生升力,使飛機能飛起來。

      B項錯誤,當用吸管吸走袋中空氣后,袋中氣壓瞬間減小,此時外界大氣壓并未減小,在內外壓強差的作用下,袋子被壓癟。該過程并未涉及伯努利原理。

      C項正確,根據伯努利原理,人若離列車太近時,列車高速行駛過程中,使人和列車之間的空氣流動速度很快,壓強很小,而人外側的壓強不變,人在內外壓強差的作用下,被壓向列車容易出現事故。因此火車站臺設置黃色安全線以警示乘客與列車保持距離。

      D項正確,根據伯努利原理,在兩張紙片中間吹氣,兩張紙中間空氣流速快,壓強小,而外側空氣基本靜止,壓強較大,在壓力差的作用下,兩張紙向中間靠攏。

      本題為選非題,故正確答案為B。

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    (編輯:安徽華圖)

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