風(fēng)力和空氣阻力可否同時(shí)存在

【摘要】風(fēng)力和空氣阻力是日常生活中普遍存在的空氣對(duì)宏觀物體的作用力，但在對(duì)具體物體的受力分析時(shí)，學(xué)生往往又容易把二者混淆，搞不清楚二者是否可以同時(shí)存在？本文從具體實(shí)例出發(fā)，分析了空氣對(duì)物體作用力的兩種效果，總結(jié)出風(fēng)力和空氣阻力本質(zhì)上是空氣對(duì)物體作用力產(chǎn)生的兩種動(dòng)力學(xué)效果的不同表現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力；空氣阻力；動(dòng)力學(xué)效果

先讓我們從一個(gè)具體問(wèn)題談起：

在上述問(wèn)題中，跳傘員在空中的下落運(yùn)動(dòng)可以運(yùn)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法進(jìn)行研究。

在水平方向上，一開(kāi)始受到空氣作用的風(fēng)力從靜止開(kāi)始作加速運(yùn)動(dòng)，隨著其水平速度的增加，空氣相對(duì)跳傘員的速度減小，因而風(fēng)力隨之逐漸減小，當(dāng)跳傘員的水平速度增大到與風(fēng)速相同時(shí)，風(fēng)力就消失了，這時(shí)跳傘員在水平方向速度達(dá)到最大，此后隨風(fēng)一起勻速運(yùn)動(dòng)，跳傘員和空氣在水平方向相對(duì)靜止。

在豎直方向上，跳傘員一開(kāi)始受到重力作用從靜止開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)，隨著下落速度的增加，空氣阻力隨之增大，當(dāng)空氣阻力增大到和重力相等時(shí)，豎直方向的速度也達(dá)到最大，最終也變成勻速運(yùn)動(dòng)。

可見(jiàn)，跳傘員最終相對(duì)地面的速度是斜向下的，但相對(duì)空氣的速度是豎直向下的，因而最終只受重力和空氣阻力，并且空氣阻力f的大小與其相對(duì)空氣的速度vy有關(guān)，由題意有f=kvy2，f的方向應(yīng)也應(yīng)與豎直速度vy相反，即豎直向上。

通過(guò)以上分析，我們清楚看到，上述問(wèn)題的第一種解法顯然是錯(cuò)誤的，其根本原因是沒(méi)有認(rèn)識(shí)到跳傘員最終只在豎直方向受到空氣的阻力，而水平風(fēng)力不存在了。

可見(jiàn)風(fēng)力和空氣阻力本質(zhì)上是沒(méi)有區(qū)別的，只不過(guò)是空氣對(duì)物體作用兩種不同動(dòng)力學(xué)效果的具體表現(xiàn)，如果同一方向空氣流速（風(fēng)速）大于物體運(yùn)動(dòng)速度，空氣作用力將使物體加速，表現(xiàn)為動(dòng)力（就是我們通常所說(shuō)的風(fēng)力）；反之如果同一方向空氣流速（風(fēng)速）小于物體運(yùn)動(dòng)速度，空氣作用力將使物體減速，表現(xiàn)為阻力（就是通常所說(shuō)的空氣阻力）。所以在同一方向上空氣阻力和風(fēng)力是不可能同時(shí)存在的，并且當(dāng)風(fēng)力推動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在風(fēng)力方向上隨著物體速度的增加，風(fēng)力會(huì)逐漸減小，最終風(fēng)力將消失。

【作者簡(jiǎn)介】

楊周林（1962年9月生），男，漢族，陜西寶雞人，陜西師范大學(xué)物理學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)，中學(xué)高級(jí)教師，任教蘇州大學(xué)附屬中學(xué)，專注高中物理教學(xué)研究，現(xiàn)任江蘇對(duì)口援疆支教克州二中物理教師。