无处不在的伯努利原理一、“鼻奇撞船”和“矿井怪事”1912年秋，“奥林匹克”号——当时世界上最大的远洋货轮之一，正在艳阳高照的滔滔太平洋中劈波斩浪。凑巧的是，离这座“漂浮的城市”约100米，比它小得多的铁甲巡洋舰“哈克”号几乎平行地高速行驶着。忽然，“哈克”号好像中了“魔”——调转船头猛然朝“奥林匹克”号直冲而去。更匪夷所思的是，在这千钧一发之际，舵手无论怎样操纵都没有用，大家只好眼睁睁地看着它将“奥林匹克”号的船舷撞出一个大洞。无独有偶，在1942年1O月，美国的“玛丽皇后”号运兵船，由“寇拉沙阿”号巡洋舰和6艘驱逐舰护航，载着1．5万名士兵从本土出发开往英国。在航途中，与运兵船并列前进的“寇拉沙阿”号突然向左急转弯，与“玛丽皇后”号船头相撞，被劈成两半。在l9世纪法国的一座矿山里，一个工人奉命把那个和外坑道(向矿井输送压缩空气用)相通的孔用护板遮蔽起来。他和冲进矿井的气流斗争了很久，却没能把它遮上：但突然之间，护板自己却“砰”的一声猛烈地关上了!那么，是什么原因造成了这些离奇的船祸和“矿井怪事”呢?二、伯努利原理后来人们才知道．“奥林匹克”号等被撞，用“伯努利原理”就能解◆陈仁政／文郑勇／图释。伯努利原理又叫“伯努利效应”(Bernoullieffect)，是指流体(气体和液体)流速快时压强小，流速慢时压强大。这里所说的压强。是指流体边界对旁侧的压强，所以伯努利效应被称为“边界层表面效应”。它是瑞士物理学家丹尼尔·伯努利通过多次实验之后．在1726年首先提出来的。原来，当两船并行时，由于它们之间的水流要比外侧的水流快一些，因此两船各自的内侧受到水的压力，就分别比两船的外侧小。这样，船外侧的较大压力就像一双无形的大手，将两船推拢(图1)。“哈克”号轻．在这个大手推动下就跑得更快些，看上去好像是它故意改变航向，径直向“奥林匹克”号撞去。于是，当年海事法庭在处理这件奇案时，“奥林匹克”号一方就指责“哈克”号故意撞过来．而法庭则糊里糊涂地判处“奥林匹克”号船长没有下令给对方让路而蒙冤!后来，两船相撞的奥秘终于大白，船长的冤屈终于昭雪。国际航行界(包括水流慢B图1制定的《国际避碰规则》)也规定禁止船只平行航行，以避免这种“船吸现象”这里的问题是．两船之间的水流为什么要比外侧的快一些?在有船的海面上．显然两只船占据了海水的一部分流道．于是海水只有在两船之间的狭窄处“加紧赶路”而速度变快；而在海面的其他地方，海水流速基本不变而比狭窄处更慢。这种“加紧赶路”是我们常见的现象：没有分支的沟渠狭窄处的水．必定比宽阔处流得快。同样的道理．“矿井怪事”中的护板，也是由于它两侧的压力差较大而自动关闭。丹尼尔·伯努利在他于1738年出版(1734年完成)的专著《流体动力学》中，进一步提出了流体力学中的“伯努利方程”：恒量。它描述了密度为P的理想流体在稳定流动时的流速v，当地重力加速度，竖直高度h，压强P之间的定量关系；它的特例(^不变)的定性描述，就是伯努利原理。三、到处都有它的影踪“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”为什么会有唐朝诗人杜甫在《茅屋为秋风所破歌》中所写的这种现象呢?刮风时，屋面上方的空气流动得很快(等于风速)，而屋面下屋内的空气几乎不流动或者流动得慢根据伯努利原理，这时屋面下方空气的压力大于屋面上方空气的压上部的流线下部的流线飞机的升力寸心口口下部流速慢压强大图2力。一旦风速超过一定程度，这个压力差就掀起茅草屋顶。类似的现象是，大风会把片状物体(例如凉席、草席或篷布)吹得老高，郊游时铺在地上的野餐垫总会被风吹起。气体流速不同而产生压力差引出的灾祸远不止卷走三重茅。在19世纪的沙俄．有一天西伯利亚的士兵们列队持枪站在铁轨两旁欢迎一位将军来视察。当火车尖叫着风驰电掣般驶过时，士兵一个接一个翻倒在车下⋯⋯谁是这起惨案的凶手呢?以50千米／小时前进的火车两侧的人。要受到火车约80牛顿的“吸力”。所以，决不可站在飞速而过的火车近处避让，而应远离铁轨：必须在离站台边沿约1米的白色安全线以内候车!对于现代高速度运行的地铁、轻轨等交通工具，也应如此。沙俄士兵们的悲剧．就缘于没有...
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