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还你真流体压力原理
张卫军
| 目前，对流体压力的原理解释，有一句很具代表性的话：“流体的压力，速度小的部分大于速度大的部分。” 于是，对飞机升天这一物理现象的解释是：如图1，由于机翼上面的空气在相同的时间“经过”了较长的路程，因而速度较快，压力小；机翼下面的空气因为“经过”的是直线，所以速度较慢，压力比上面的大。这才使得上下部分的空气产生了压力差，让飞机能够升到空中。 然而，如果这一解释成立，首先就和上面的那句话相矛盾。因为仔细一想，会发现上下两部分空气的所谓速度，实际上只不过是与机翼的相对速度。空气自身并没有与飞机反向的实际流动速度。 假如做这样的尝试，如图2把飞机机翼反装。这样机翼上下部分的空气“经过”的路线是相同的。按照上面那句话的解释，机翼同样也能获得压力差。但此时飞机已经飞不起来了。 这里再设计一个小实验：取一只两端开口与电吹风筒口径相同的布筒套在风筒出口上，使风筒口朝下并开启风筒。如果上面那句话成立，那么布筒将被外部的空气压扁。而事实上这时布筒却是鼓圆的。 很显然，现在的流体压力原理解释出了问题。 那么，流体的压力差到底是怎么产生的呢？ |
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在解决问题之前，我们先来看看流体的压力是怎么一回事。大家知道，流体在地球上能够聚集在一起，而一旦放入太空，就会分散得无影无踪（这一点是否可以成为“分子吸引论”的反证据呢？）。在地球引力的作用下，流体分子会一个挨一个地聚集在一起，均匀地传递着由流体形成的压力。被流体包围的物体，无论其表面多光滑或粗糙，都一样能受到相同的作用。这就是为什么物体在流体中得到的浮力会等于被它排出的流体的重量了。因为这一作用等于物体用自重“举”起了被它排出的流体。而地球，就是一个大容器。拿空气来说，在地球表面的物体受到的是几百公里大气层空气重量形成的压力。只是由于物体本身密度或硬度都大于空气而没有被压扁。但如果形成了真空，那就是八匹马也拉不开一个真空球了。
固体在太空时，对周围的物体也没有任何压力。与流体不同的是，固体不能像流体那样均匀地传递压力，对物体形成的压力还与支点相关。但总压力也等于其总重量。
也就是说，地球上的所有物体的压力都来自地球引力。而流动的和静态的流体的压力，区别仅仅在于后者没有动能而已。同一流体，在密度相同时，其静态压力与流动时流动方向垂直的压力是相等的。
现在再回过头来看看在机翼上的压力差是怎么形成的吧。大家知道，飞机静止时，机翼上下两部分的空气压力是相等的。当飞机向前运动，由于机翼下部平滑，机翼的运动没有对下部的空气造成影响。而机翼上部却是“头高尾低”。从运动的轨迹看到，正是这一特殊结构让机翼上部形成了“瞬间真空”（图3）。上部的空气为填补这一空缺密度变小，压力跟着减小，也需要时间。下部的空气压力却维持不变，从而使机翼获得了压力差，推动机翼向上，直到新的平衡形成。
这才是压力差形成的真正原因！
也就不难解释为什么飞机速度越快所能得到的升力也越大了。因为飞机运动速度越快，形成的“瞬间真空”越大，上部空气需要填补空缺的时间越长，密度也变得越小，所以机翼获得的压力差就越大。图4，虽然反装的机翼也能形成“瞬间真空”，但较小，而且受力面积（受力面积宽度只能计算L）也小很多。
也许这里对流体学原理的重释对现在的流体学研究不会有很重要的帮助。但科学来不得半点虚假，也希望我们能不断地否定自己，为更好地探索自然的奥秘作出努力。
作 者：张卫军
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