【種花家務(wù)·物理】1-14-05物體在流體中運動時所受的阻力,流線體『數(shù)理化自學(xué)叢書』
【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』,此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版,并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材,本系列叢書共包含17本,層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平,其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材,很多概念已經(jīng)與如今迥異,因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外,黑字是教材原文,彩字是我寫的注解。
【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版,即80年代的改開版,改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容,直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版,首先是因為6677版保留了很多古早知識,讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小,即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材,不該被埋沒在故紙堆中,是故才打算利用業(yè)余時間,將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。
第十四章流體力學(xué)
【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓;功的單位爾格等于10??焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤,如今是不允許的,力是不能使用公斤為單位的】?
§14-5物體在流體中運動時所受的阻力,流線體
【01】日常的生活經(jīng)驗告訴我們,物體在液體中運動時,要受到液體的阻力。例如,我們在靜水中劃船,如果劃了幾下以后,不再繼續(xù)劃,船就會慢慢地停下來,這個使船慢慢地停下來的作用力,就是水的阻力。同樣,在氣體中運動的物體,也要受到氣體的阻力。例如,我們騎自行車的時候,就往往會感覺到空氣的阻力。
【02】空氣阻礙物體運動的力,叫做氣動阻力,也叫做空氣阻力。
【03】氣動阻力與哪些因素有關(guān)呢?日常經(jīng)驗和實驗都證明,它和下面三個因素有關(guān)。
【04】第一,與空氣和物體的相對速度有關(guān)。相對速度越大,氣動阻力也越大。例如,當(dāng)我們騎自行車的時候,速度快比速度慢受到的阻力要大。又如從空中落下的雨滴,開始時加速下降,隨著速度的增大,空氣的阻力也相應(yīng)地增大;當(dāng)速度增大到一定的程度,空氣阻力增大到和重力相等時,雨滴就不再有加速度,而用這個速度勻速下降。
【05】第二,與物體的正面面積有關(guān)。所謂正面面積,就是在垂直于運動方向上的物體的最大截面積。物體的正面面積越大,氣動阻力也越大。例如,用降落傘下降時比單獨一個人下降時所受到的阻力要大得多。
【06】第三,與物體的形狀有關(guān)。例如,同樣是撐開的傘,凹部向風(fēng)時,比凸部向風(fēng)時所受到的阻力要大。從實驗中知道,在相對速度和正面面積都相同的情形下,球體所受的阻力小于圓板所受的阻力。半球形的物體在凹面向風(fēng)時受到的阻力特別大,所以降落傘總是做成半球形的。
【07】圖14·13表示物體的形狀對氣動阻力大小的影響。我們?nèi)A柱體所受的阻力作為單位(見圖旁注明的1)。如果在圓柱體的前面附加一個圓錐體,可以把阻力減小到1/2~1/4(由圓維角的大小決定)。如果在圓柱體的前面附加一個彈頭形狀的物體,可以把阻力減小到1/5。最后,如果再把物體改成為液滴或魚的形狀,甚至可以把阻力減小到1/25。

【08】正面面積相同的一切不同形狀的物體,在氣體或液體中用相同的速度運動的時候,其中受到最小阻力的物體叫做流線體。
【09】流線體的形狀是:前面圓,后面尖,表面盡可能光滑,沒有凹凸不平之處。這種形狀就是所謂流線形。飛艇、潛水艇、魚雷、競賽汽車、飛機的機身和機翼、輪船的浸在水面下的部分,都是做成流線形的。