淺談伯努利原理的應用

肖雄文

四川省名山中學

淺談伯努利原理的應用

肖雄文

四川省名山中學

在中學物理學習過程中，學生只是淺顯的記住伯努利原理理論關(guān)系，缺少對實際應用的認識。本篇文章結(jié)合伯努利方程，簡單分析伯努利原理在生活中的幾個實際應用的原理，從而引起學生對生活中物理現(xiàn)象的觀察注意和積極思考。

流體流速與壓強關(guān)系的應用；伯努利原理

一切自然學科都來源于生活中，又要應用到生活中去。就中學物理中學習的流體壓強和流速的關(guān)系來說，學生只記到了一句話：流體流速越快壓強越小。那這個原理在實際生活中怎么應用的呢？實際上，伯努利原理在生活中的應用我們經(jīng)常感受到，但由于缺乏理論與實際的聯(lián)系思維，我們總是沒有想到跟我們的所學的知識的關(guān)聯(lián)，就更不明白它是怎么運用伯努利原理實現(xiàn)其功能的。下面就流體流速與壓強的關(guān)系的內(nèi)容和其在生活中的幾個應用實例進行簡單的分析：

一、伯努利及伯努利原理

1700年，伯努利出生于瑞士，曾在巴塞爾大學學習。1725至1732年期間,在圣·彼得堡大學教數(shù)學，1750年成為物理學教授，18世40年代末,他出版了著作《流體力學》，他通過實驗及推導得出了著名的伯努利方程:P+1/2ρV2+ρgh=C即：壓力勢能+動能+重力勢能=常數(shù)，總和保持不變，即總能量守恒。對氣體，忽略重力，P+ 1/2ρV2=C，速度若增大，壓強就變小；速度如果減小，壓強就變大；速度為零時，壓強最大。對液體，實際液體有粘性，液體在流動時需克服由粘性引起的摩擦力，要消耗能量，由于針對中學階段，所以主要討論粘度可以忽略液體，從公式P+1/2ρV2+ρgh=C可以看出，當液體中流速增大時，液體重力勢能一定，動能增大，壓強必然減小。所以，由伯努利方程得出關(guān)系:穩(wěn)定流動的流體,流速越大的地方壓強越小,流速越小的地方壓強越大。

二、伯努利原理的應用

（一）在飛機飛行原理中的應用

飛機仿照著鳥類翅膀的形狀設計出了機翼，從而實現(xiàn)了起飛夢想，下面我們就來分析一下飛機的機翼是怎么利用伯努利原理的。圖1為飛機機翼的剖面圖，飛機的機翼上側(cè)長度大于下側(cè)長度。飛機快速滑行時，機翼快速的移動，以飛機為參照物，相當于是空氣順著機翼流動。在相同的時間內(nèi)，設時間為T，由于S上>S上下，根據(jù)V=S/T得，V上>V下。據(jù)伯努利原理，流速越大的地方壓強越小,可得上表面受到的氣體壓強小于下表面受到的氣體壓強，即P向上>P向下。再由壓力公式F=PS，近似認為機翼上下表面面積相同，可得F向上>F向下。當F向上>F向下+G時，飛機合力就向上，飛機就可以飛上天了。

（二）在噴霧器中的應用

女士們噴香水，畫家們噴畫，家里噴水，噴漆用的都是噴霧器，你也會看到噴霧器。最初的噴霧器就是運用了伯努利原理：圖2是噴霧器的原理圖，當空氣從進氣孔進入后，讓空氣從小孔中快速的流出，小孔處氣體的流動速度快于瓶內(nèi)氣體流動的速度，根據(jù)伯努利原理，流速越大的地方壓強越小,瓶內(nèi)氣體的壓強大于小孔處氣體的壓強，再根據(jù)公式F=PS及壓力傳導，可知管內(nèi)液體下面受的壓力大于上面受的壓力，故液體就沿細管升上來，從細管的上口流出后，受氣流沖擊，被噴成霧狀。

（三）在足球比賽中的應用

足球比賽中，有時要罰前場任意球，進攻方的罰球隊員，起腳射門，足球繞過“人墻”，眼看球要偏離球門飛出，但是突然拐過彎來轉(zhuǎn)入球門，讓守門員來不及反應。這就是神奇的“香蕉球”。你可能會想，足球在空氣中只受地心吸力的影響，所以應該沿拋物線運動。但是，足球卻向內(nèi)彎了，代表它受到一個水平方向的力，這個力從何而來呢？下面是產(chǎn)生香蕉球的原理圖：先看圖3，當足球向前運動的時候，可以看作空氣相對足球運動的方向向后運動，把足球看作靜止，設空氣相對足球運動是的流速為V1，方向與足球運動方向相反。再看圖4，由于足球在向前運動的時候，踢球的時候采用技巧使足球加上旋轉(zhuǎn)，由于足球表面粗糙，旋轉(zhuǎn)時表面空氣會隨之轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向與足球旋轉(zhuǎn)方向相反。根據(jù)相對運動，把足球看作靜止，設空氣相對足球旋轉(zhuǎn)的流速是V2，方向與足球旋轉(zhuǎn)方向相反。在圖5中，我們把上面兩種氣流的速度結(jié)合起來，足球左邊，空氣的流速是V1+V2，足球右邊，空氣的流速是V1-V2。可以得出足球左邊空氣流速大于右邊空氣流速，根據(jù)伯努利原理，足球左邊的壓強小于右邊的壓強，再由F=PS得出，F(xiàn)右側(cè)>F左側(cè)，故足球就受到了一個水平方向向左的力，再根據(jù)曲線運動的知識，足球在水平方向上向力方向偏轉(zhuǎn)。運動軌跡在水平方向上是一條弧線，與香蕉的形狀相似，故稱為“香蕉球”。

從以上流體流速與壓強關(guān)系的應用可以看出，伯努利原理的應用與我們的生活是息息相關(guān)的，通過以上幾個具體應用的分析，我們可以看出，知識不但要應用，還要與其他的知識結(jié)合應用，我們應該注重物理知識的應用，理論要聯(lián)系實際，用我們所學的知識去改變我們的生活。

[1]余學昌.伯努利及伯努利方程的應用[J].中學物理教學參考, 2001,（07）.