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6 d% J1 j& e: j+ x$ \7 `/ M 球?yàn)槭裁床蛔咧本,,而是向左或者向右走了弧線的步伐吶,?
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- i% q4 D6 l( @" E* [0 ^當(dāng)球旋轉(zhuǎn)著前進(jìn)時(shí),空氣繞過它的流動(dòng)不對(duì)稱,,產(chǎn)生側(cè)向力,于是球走過一條曲線的路徑,。
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以球心為參考系,,氣流吹過旋轉(zhuǎn)的球時(shí),,會(huì)對(duì)球產(chǎn)生橫向力,。其原理和機(jī)翼升力的原理是相似的,,只用伯努利定律并不能很好地解釋,,更重要的是科恩達(dá)效應(yīng)。和機(jī)翼有所不同的是,,分析機(jī)翼升力時(shí)可以不考慮粘性力,,而分析旋轉(zhuǎn)球的橫向力時(shí)則必須考慮粘性力,。所以這個(gè)問題比機(jī)翼的原理復(fù)雜一些,,需要同時(shí)考慮粘性力、科恩達(dá)效應(yīng)和伯努利定律,。; S( F2 Z7 v' V& N& ?2 I& D4 B0 ?* z
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上面的解釋中,,說旋轉(zhuǎn)的球帶動(dòng)表面的空氣旋轉(zhuǎn),,使流過球兩側(cè)的空氣速度不同,這個(gè)說法本身也不能算完全錯(cuò)誤,只是這種兩側(cè)速度不同并不是直接由球表面拖動(dòng)產(chǎn)生的,。
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3 j" |2 W9 [2 A4 w o2 P9 P參考下面的圖,確實(shí)是球的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了表面的空氣,,使球上下兩側(cè)的流動(dòng)不對(duì)稱而產(chǎn)生的橫向力,這種不對(duì)稱集中體現(xiàn)在:
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( A4 j% w$ f2 d( _1. 旋轉(zhuǎn)的球把更多前方流過來的空氣導(dǎo)向上側(cè),所以前分叉點(diǎn)位于中心線下方。. i2 F8 m3 X3 q3 @# I
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2. 上側(cè)的分離點(diǎn)由于壁面對(duì)氣流的助推作用而延后,,下側(cè)的分離點(diǎn)由于壁面對(duì)氣流的阻礙作用而提前。, m, J! E( y; q% ~+ L
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! B1 N# E0 r( j% G9 I& ^+ d和解釋機(jī)翼升力原理類似,,弧線球橫向力的原理也可以從兩種角度來解釋。
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( Y3 Q/ D1 N0 Z# L2 b% M; V( x# @一種解釋是旋轉(zhuǎn)的球兩側(cè)的壓力分布不對(duì)稱,,一側(cè)壓力低,,另一側(cè)壓力高,從而產(chǎn)生橫向力,。% W h# Z/ ?- }# Q
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另一種解釋是旋轉(zhuǎn)的球把流過它的氣流導(dǎo)向一側(cè),根據(jù)牛頓定律,球就獲得朝相反方向的作用力。
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前面的解釋迫不得已使用了邊界層分離的概念,,對(duì)于沒有學(xué)過流體力學(xué)的人可能不好理解,。不過從字面意思應(yīng)該大概可以明白就是氣流和壁面分離,,之后不再沿壁面流動(dòng)了的意思。
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4 J7 z* W! M% e4 V+ c實(shí)際球類運(yùn)動(dòng)中是一定存在邊界層分離的,,不過即使沒有邊界層分離,,旋轉(zhuǎn)的球仍然會(huì)受到橫向力,實(shí)際上多數(shù)可以找到的解釋就是針對(duì)這種沒有分離的流動(dòng)解釋的,。這里把前面的圖再放一次,,可以看出,,在下圖中,,球的旋轉(zhuǎn)使氣流的前分叉點(diǎn)和后交匯點(diǎn)都偏向左邊,。于是整個(gè)右側(cè)的流線要彎曲得多,,和機(jī)翼類似,右側(cè)的氣流壓力低速度快,。& m9 \3 u! h0 C+ S$ p- {' Q
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