伯努利原理及其应用

通俗讲解伯努利原理及其应用

当年的流体力学是那么的难学，如果有人这么给我们解释，我相信，我肯定能通过考试的。现在想起来，都是满满的回忆呀。本文从实例篇、理论篇、应用篇三个方面展开，肯定让您不虚此行。

天才/学霸/大神——伯努利

伯努利

（Daniel Bernouli,1700～1782）

伯努利，瑞士物理学家、数学家、医学家。他是伯努利这个数学家族（4代10人）中最杰出的代表，16岁时就在巴塞尔大学攻读哲学与逻辑，后获得哲学硕士学位，17～20岁又学习医学，于1721年获医学硕士学位，成为外科名医并担任过解剖学教授。但在父兄熏陶下最后仍转到数理科学。伯努利成功的领域很广，除流体动力学这一主要领域外，还有天文测量、引力、行星的不规则轨道、磁学、海洋、潮汐等。

实例篇——伯努利原理

丹尼尔·伯努利在1726年首先提出：“在水流或气流里，如果速度小，压强就大；如果速度大，压强就小”。我们称之为“伯努利原理”。

我们拿着两张纸，往两张纸中间吹气，会发现纸不但不会向外飘去，反而会被一种力挤压在了一起。因为两张纸中间的空气被我们吹得流动的速度快，压力就小，而两张纸外面的空气没有流动，压力就大，所以外面力量大的空气就把两张纸“压”在了一起。这就是“伯努利原理”原理的简单示范。

列车(地铁)站台的安全线

在列车（地铁）站台上都划有黄色安全线。这是因为列车高速驶来时，靠近列车车厢的空气被带动而快速运动起来，压强就减小，站台上的旅客若离列车过近，旅客身体前后会出现明显的压强差，身体后面较大的压力将把旅客推向列车而受到伤害。

所以，在火车（或者是大货车、大巴士）飞速而来时，你绝对不可以站在离路轨（道路）很近的地方，因为疾驶而过的火车（汽车）对站在它旁边的人有一股很大的吸引力。有人测定过，在火车以每小时50公里的速度前进时，竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。

看懂“伯努利”原理后，等地铁再也不敢跨过那条黄线了吧（分享给身边的人哦~~）

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船吸现象

1912年秋天，“奥林匹克”号轮船正在大海上航行，在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶，两艘船似乎在比赛，彼此靠得比较近，平行着驶向前方。忽然，正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地，一点也不服从舵手的操纵，竟一头向“奥林匹克”号撞去。最后，“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上，撞出个大洞，酿成一件重大海难事故。

究竟是什么原因造成了这次意外的船祸？在当时，谁也说不上来，据说海事法庭在处理这件奇案时，也只得糊里糊涂地判处“豪克”号船长操作不当呢！

后来，人们才算明白了，这次海面上的飞来横祸，是“伯努利原理”现象。我们知道，根据流体力学的“伯努利原理”，流体的压强与它的流速有关，流速越大，压强越小；反之亦然。用这个原理来审视这次事故，就不难找出事故的原因了。

原来，当两艘船平行着向前航行时，在两艘船中间的水比外侧的水流得快，中间水对两船内侧的压强，也就比外侧对两船外侧的压强要小。于是，在外侧水的压力作用下，两船渐渐靠近，最后相撞。又由于“豪克”号较小，在同样大小压力的作用下，它向两船中间靠拢时速度要快的多。因此，造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。

我们用图解分析一下：

下图中的两艘船在静水里并排航行着，或者是并排地停在流动着的水里。两艘船之间的水面比较窄，所以这里水的流速就比两船外侧的水的流速高（如果难以理解的话，就将船看做静止，水在超船流动），压力比两船外侧的小。结果这两艘船就会被围着船的压力比较高的水挤在一起。有经验的海员们都很知道两艘并排驶着的船会互相强烈地吸引。

如果两艘船并排前进，而其中一艘稍微落后，像下图所画的那样，那情况就会更加严重。使两艘船接近的两个力F和F，会使船身转向，并且船B转向船A的力更大。在这种情况下，撞船是免不了的，因为舵已经来不及改变船的方向。

鉴于这类海难事故不断发生，而且轮船和军舰越造越大，一旦发生撞船事故，它们的危害性也越大，因此，世界海事组织对这种情况下航海规则都作了严格的规定。它们包括两船同向行驶时，彼此必须保持多大的间隔，在通过狭窄地段时，小船与大船彼此应作怎样的规避等等。这样，大家就会理解了：为什么有些海峡和运河看起来比较宽，而航运管理方却仍说：“不适合两船并排或相向而行”了吧！

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游泳

学会了“伯努利原理”，我们就会明白：为什么到水流湍急的江河里去游泳是一件很危险的事。有人计算了一下，当江心的水流以每秒1米的速度流动时，差不多会有30公斤的力在吸引、排挤着人的身体，就是水性很好的游泳能手也望而生畏，不敢随便游近哪！

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刮风掀翻屋顶或压垮大桥

当刮风时，屋面上的空气流动得很快，等于风速，而屋面下的空气几乎是不流动的。根据“伯努利原理”，这时屋面下空气的压力大于屋面上的气压。要是风越刮越大，则屋面上下的压力差也越来越大，一旦风速超过一定程度，这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶！正如我国唐代著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”

台风吹垮大桥也是“伯努利原理”的作用：台风经过大桥，会从桥面上和桥洞里吹过。由于桥洞相对于桥面比较小，所以风经过的时候，风速比较快，压强较小，而桥面上的风速比较慢，压强较大。这样，就产生了压强差。桥梁如果承受不了这样的压力，就会被压垮塌。

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香蕉球(弧线球)

如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。而进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。

为什么足球会在空中沿弧线飞行呢？原来，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是把脚踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。

“伯努利原理”告诉我们：气体的流速越大，压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。

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喷雾器