封英 侯恕

1教材關(guān)于飛機(jī)升力的解釋

關(guān)于飛機(jī)的升力，人教版八年級(jí)下冊(cè)物理教材中《流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系》一節(jié)借助教材中45頁(yè)的圖9.4-4，如圖1所示，解釋到機(jī)翼橫截面的大致形狀是其上表面彎曲，下表面比較平.因此飛機(jī)前進(jìn)時(shí)，機(jī)翼與周圍的空氣發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于氣流迎面流過(guò)機(jī)翼.氣流被分成上、下兩部分，由于機(jī)翼橫截面的形狀上、下不對(duì)稱，在相同時(shí)間內(nèi)，機(jī)翼上方氣流通過(guò)的路程較長(zhǎng)，因而速度較大，它對(duì)機(jī)翼上表面的壓強(qiáng)較小;下方氣流通過(guò)的路程較短，速度較小，它對(duì)機(jī)翼下表面的壓強(qiáng)較大.這樣，機(jī)翼上、下表面就存在壓強(qiáng)差，因而有壓力差，這就是產(chǎn)生升力的原因.

2對(duì)飛機(jī)升力解釋的質(zhì)疑

上述解釋雖然簡(jiǎn)單易懂，但實(shí)際上卻很不嚴(yán)謹(jǐn).

首先，相信很多人都看過(guò)飛行表演，其中就有飛機(jī)顛倒過(guò)來(lái)飛行的表演，利用上述原理，此時(shí)飛機(jī)整體上不但不能獲得升力，還將受到一個(gè)向下的力，那此時(shí)飛機(jī)的升力應(yīng)該怎么解釋呢？

其次，上述原理強(qiáng)調(diào)了機(jī)翼上、下方氣流在相同的時(shí)間內(nèi)流過(guò)機(jī)翼，因此得到機(jī)翼上方氣流通過(guò)的路程較長(zhǎng)，因而速度較大;下方氣流通過(guò)的路程較短，因而速度較小.然而通過(guò)查閱資料，可以知道機(jī)翼上方氣流比下方氣流先到機(jī)翼尾部，所以上、下方氣流到機(jī)翼尾部的時(shí)間是不等的.

3高觀點(diǎn)下分析飛機(jī)的升力

由伯努利方程P+12ρv2+ρgh=常數(shù)，可以看出，對(duì)于同一流線上的兩點(diǎn)，流速越大，壓強(qiáng)越小;流速越小，壓強(qiáng)越大.

從相對(duì)空氣靜止的參考系看來(lái)，由于物體的運(yùn)動(dòng)而造成的空氣的流動(dòng)是非定常流動(dòng)，對(duì)于非定常流動(dòng)的流體是不能應(yīng)用伯努利方程的.但從跟隨物體一起運(yùn)動(dòng)的參考系看來(lái)（近似認(rèn)為是慣性系），空氣的運(yùn)動(dòng)可以看成是定常流動(dòng)（定常流動(dòng)指的是流體在不同時(shí)刻流經(jīng)同一點(diǎn)的流速相同），則可以應(yīng)用伯努利方程.

設(shè)飛機(jī)自右向左運(yùn)動(dòng)，在相對(duì)機(jī)翼靜止的參考系里，氣流是自左向右的定常流動(dòng)，起初的流動(dòng)如圖2所示，機(jī)翼的上、下氣流速度幾乎相等，隨后，由于機(jī)翼形狀的不對(duì)稱和流體黏性的影響，下方氣流速度超過(guò)上方，于是在機(jī)翼尾部?jī)晒蓺饬鲄R合處形成逆時(shí)針的渦流，如圖3所示，此渦流脫離機(jī)翼而向下漂移，對(duì)機(jī)翼不起作用，由于角動(dòng)量守恒，機(jī)翼周圍就形成一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻沫h(huán)流，如圖4所示，此環(huán)流疊加在原氣流上，使機(jī)翼上方的氣流速度增大，下方的氣流速度減小，最后機(jī)翼周圍形成如圖5所示的定常氣流，此氣流在機(jī)翼上方的流速大于下方的流速.

綜上所述，因?yàn)轱w機(jī)飛行時(shí)機(jī)翼的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于飛機(jī)與地面間的距離，因此機(jī)翼上、下方距離地面的高度h近似相等，可認(rèn)為上下方在一條流線上，由伯努利方程P+12ρv2+ρgh=常數(shù)，可知對(duì)于同一流線上的兩點(diǎn)，流速越大，壓強(qiáng)越小;流速越小，壓強(qiáng)越大.因此下方的壓強(qiáng)將大于上方壓強(qiáng)，從而形成了向上的合力，即機(jī)翼的升力.

4對(duì)教材的建議

最后，因?yàn)轱w機(jī)的升力只是作為流體壓強(qiáng)與流速的應(yīng)用的案例，但是飛機(jī)的升力的原理對(duì)于初中生又顯得較為復(fù)雜，作為傳遞知識(shí)的教科書，應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模越ㄗh教師在教學(xué)中應(yīng)選擇更優(yōu)的例子來(lái)解釋流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系.