第二次世界大战的时候,英军想轰炸德军的沿海工事,但是飞机很难接近有高射炮保护的海岸。 一名工程师功设计了一种特别的爆炸方案:飞机在安全的范围内尽可能地接近德军的沿海工事,然后飞机尽量贴近水面,从飞机上向德军工事方向投下一枚,有一定的旋转速度,只见这时的能够在水面上一蹦一蹦地接近海岸。到了岸边由于海岸的阻挡,无法蹦上海岸,于是贴着岸边沉入水中。到达距水面10 米深的地方,水的压力引爆了。 凌日德军万万没有想到在水面上一蹦一跳的石头似的东西竟然轻而易举地摧毁了自己防御森严的沿海工事。2012广州中考数学
5吨重的为何能在水面上跳跃?这竟然与我们小时候玩的运动游戏——打水漂有关系!
第一代领导集体
打水漂的魅力
蓝天白云映衬着平静而碧绿的湖面,令人心清气爽,随手捏起薄薄的石片,贴着水面,用力地甩去,石片在水面上欢快地跳动,荡起一个接一个的涟漪,一圈一圈地散了开去,原本平静的湖面漾着粼粼波光……欣赏着这些,心情也跟着
欢快愉悦,
打水漂独具魅力。
打水漂是比较古老的游戏或运动,古希腊人就很喜欢,现在的欧美人也很喜欢这项运动,英国皇家航空工程师科尔曼-摩根先生曾因1992年打出了石片舞动38次的水漂而进入了吉尼斯世界纪录,据说他是在一次失恋后迷上了打水漂的。1995年,北美打水漂协会(NASSA)成立,创建者就是科尔曼-摩根先生,通过这个协会的联系,各地举办了许多打水漂的活动和比赛,许多原本不认识的陌生人在打水漂的共同爱好下成为了好朋友。2002年,科尔曼-摩根先生创下的世界纪录被一位美国人库尔特.斯坦以石片跳跃40次的成绩打破。
它不需要昂贵的运动器材,不需要很好的身体素质,需要的只是一份闲情逸致,老少皆宜,而且可以很快得到身心的锻炼。
中国人民解放军总政治部
打水漂的受力分析
扔一石片,石片可以潇洒掠过水面,甚至可以在水面上跳跃,这背后的物理原理是什么?石片最多可以跳多少次?我们若想打出更多的水漂,甚至想打破石片跳跃40次的世界纪录,需要掌握哪些原理呢?
打水漂虽是一个很常见的物理现象,但为了揭开其奥秘,科学家还颇费周折。为了使石片投出时的角
batista手术度、速度和旋转程度能够确定,科学家首先设计了一个投射机器,因为人力投射是没准的。用高速摄像机对石片的落水过程进行追踪。为了排除水面的波浪对选择打水漂的各项参数的影响,科学家还建了一个试验用的
水池来保证水面的平静。尽管照片显示出石片落水过程较复杂,但打水漂的原理已基本清楚。
打水漂的石片受到重力、水的浮力、水被挤压时的上推力,除此之外,还有被称为“地面效应”的气流作用。这种气流作用也是一种上推力。 众筹筑屋
气流的上推力
气流的上推力不可忽视。
经常开车的人都知道,小轿车在高速行驶时会“打飘”,好像被某种力量向上提着一样。这就是地面效应对小轿车的影响。而更快速掠地飞行的飞机,地面对它的影响更大。其实所有贴地或贴着水面高速行驶的机、车都会受到地面效应的影响。
1932年,德国一架飞机在大西洋上空飞行时,因故障,飞机急速下降,眼看就要机毁人亡。突然,“奇迹”出现了,当飞机掉到距离水面几米之际,一股神奇的升力竟使机身“自动”拉平,并使飞机一直保持这个高度飞行,最后安然无恙地回到目的地。
飞机在正常飞行时,途中受影响的空气是以飞机翼展为直径的空气圆柱,这个范围内的空气柱会产生垂直飞机前进方向的快速涡旋气流,超过这个范围,涡旋气流速度明显减小,两个翼展范围之外,则涡旋气流速度很小,可忽略。但是
当飞机接近地面时,这个气流圆柱的下半部分就被地面“挤扁”了,被“挤扁”的气流柱同时还会对地面有个压力,对飞机产生升举力,这有点像气垫船的气垫作用。
飞机距离地面高度不同,地面效应的大小也不同。飞机距离地面两个机翼的高度时,气流柱才会受到地面的影响,飞机才会体会到地面效应,而飞机距离地面半个翼展(也就是1个机翼高)时,快速气流柱也受到地面影响,地面效应最大。
同样道理,汽车在快速行驶时,受影响的空气会产生快速的涡旋气流,由于汽车本来就距离地面很近,因此这个快速气流柱会受到地面挤压,同时气流柱又会对地面产生压力,对汽车产生升举力,让汽车打飘。
水平速度越大,气流上推力越大
在飞机降落时,水平速度很快的飞机会因为地面效应的升举力突然增加而突然上升,如果不懂应对,被地面效应抬得较高的飞机突然失去地面效应后,会处于失速状态而突然下坠,这就很危险。那么飞机如何降落?如果跑道够长的话,就可以采用慢慢减速下降来应对地面效应产生的升力,另一个方法则是在进入跑道之前就提前慢慢减速,娴熟的飞行员就是这么做的,把飞机的水平速度降下来,气流上推力就没那么大了。
1956年,一艘被西方称为“里海怪物”的船舶以时速400千米的惊人速度掠过里海海面时,整个西方都被震惊了。这是苏联秘密研究的怪船,它看上去是飞机的样子,有机翼般的两个翅膀,但它却无法飞上高空,只能在海面上像气垫船或箭艇一样快速掠过。研究者把它叫做水上翼船。
与船相比,它比任何船只都快,水上翼船可以在2小时内把200名左右的旅客送到1000千米以外的地方,这是其他任何船舰望尘莫及的。与飞机相比,水上翼船载货或载客量要大得多,而且制造成本比飞机低,耗油也比飞机低得多。实验证明,它比普通飞机载重大一倍,油耗省一半,航程可增加50%。它还不易被雷达发现,在水面上低空掠行,也不易受到、等武器攻击。
但水上翼船由于航速太快,又紧贴水面航行,无法急刹车、急转弯,一旦在海面遇上普通船只,很容易发生冲撞,因此需要为水上翼船专设海上航道,还需要高科技导航,以保障航行安全。这比较奢侈,
很少有国家愿意真正开通水上翼船航线。只有英国打算在英吉利海峡开设专线,届时,水上翼船穿过英吉利海峡只需10分钟。
水上翼船虽然很快,但只能在风平浪静的海面航行,浪高时就歇菜了。为了克服这个缺点,科学家又研究了类似水上翼船的水上飞机,例如德国研制的一种水上飞机可以在浪高超过1.5米的海面,以时速200千米飞行。它还可以飞越滩头、海洋、冰川、灌木林等地区,比直升机都快。经过完善后,它有望在将来被广泛应用于登陆、运输补给、扫雷布雷、侦察巡逻、救生救护以及空中加油等。
目前科学家还想到了设计地面效应的火车,它有点像磁悬浮列车,有固定的道路,离开地面又贴地行驶,但它带有车翼,利用的是空气的浮力,行驶的成本比磁悬浮列车的低廉得多。只是它起飞时还需要喷气起飞,而且行驶中还很容易受风、空气涡流和天气的影响。