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為什么風箏能飛上天?
風箏是一種單純利用空氣作為動力的飛行器,通常是在竹篾等骨架上糊上紙或絹,由系在上面的長線牽引,并順著風勢施放于天空。
早在我國東周春秋時期(距今2000多年),便相傳有墨翟以木頭制成木鳥,受此啟發,他的弟子魯班改用竹子,并以絹覆之,造出最早的風箏。后來東漢的蔡倫改進造紙術后,坊間便以紙為料,這時的風箏被稱為“紙鳶”。到了五代之時,南唐李鄴有一次也做紙鳶玩耍,突發奇想,在“鳶首以竹為笛,使風入竹,聲如箏鳴”。于是乎,后人便把這種能發出聲音的紙鳶稱為“風箏”。
到了如今,雖然已經沒有了這種區別,但是放風箏仍受到廣大人民群眾的推崇,成為一項喜聞樂見的娛樂活動。大家應該都玩過風箏,不少地方還有專門的風箏節,甚至有不少關于風箏的世界吉尼斯記錄。比如2015年4月4日,在重慶武隆舉辦的國際風箏放飛節上,一條長達6000米的龍形風箏被成功放飛,被譽為世界最長風箏。這么長的大風箏是怎么飛起來的呢?
其實一點也不用覺得驚奇,比風箏還要重的飛機都能飛起來,更何況一個風箏。那么飛機是怎么飛起來的呢?這需要提到一個定律,即伯努利定律:在水流或氣流里,如果流體的流速小,壓強就大,如果流速大,那么壓強就小。這個原理是由機械能守恒推導出的,所以它僅適用于粘度可以忽略、不可被壓縮的理想流體。
我們知道,飛機的機翼上表面要比下表面長,當空氣遇到機翼后,從其前緣開始分離,又同時達到機翼的后緣,這樣就達到了伯努利定律的要求,即機翼上表面空氣流速大,產生的壓強小,下表面的流速小,產生的壓強大,如此一來,空氣在機翼的上下表面形成了一個壓力差,并且方向向上,為機翼提供上升的升力,飛機也因此而能夠飛起來。風箏在迎風角較小的時候,其升力也大致如此。
什么是迎風角呢?還是拿飛機的機翼來說,機翼平面與前進方向的夾角,即機翼平面相對于空氣運動方向的夾角,就是迎風角。風箏放飛時相對于空氣的運動方向也有這么一個迎風角,正因為有這個迎風角,所以空氣遇到風箏后,會分成上下兩個流層。此時,通過風箏下層的空氣因為受到風箏面的阻撓,其流速降低,氣壓變高;上層的空氣沒有阻礙,故而流速較強,相對下層的氣壓稍低,于是風箏獲得了一個揚力,這便是風箏能飛起來的主要原因。
另外,不得不說的兩點,一、風箏想要飛起來,必須要在有風的情況下才可以;二、風箏必須通過提線的牽引才能飛起來,至于斷了線的風箏,我們知道,它是飛不了多遠的。所以,風箏是在風力、牽引力和先前說過的揚力,這三個力的共同作用下才得以保持在空中的平衡。那么接下來我們就講講風箏在空中的受力情況。
在空中,我們假定風力的方向基本水平,而風箏所受風力的角度,以及上揚力的大小,則通過風箏的提線來控制。如果我們加大牽引力,也就是作用于提線上的力量,便可以使風箏的迎風角趨于45°,那么上揚力便會隨著增加,這時的風箏就會飛高;當我們減小牽引力,那么在風力和揚力的合力作用下,風箏會飛得更高更遠,但是我們必須快速地再加大牽引力,以再次保持風箏的角度穩定,使其達到平衡狀態。
所以,當風力大的時候,便放線,當風力小的時候,則收線,如此,風箏便會一直飛在空中。
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