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. ?2 u% v b5 E Z4 y 球為什么不走直線,而是向左或者向右走了弧線的步伐吶,?
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當球旋轉著前進時,空氣繞過它的流動不對稱,,產生側向力,,于是球走過一條曲線的路徑,。
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以球心為參考系,氣流吹過旋轉的球時,,會對球產生橫向力,。其原理和機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,,更重要的是科恩達效應,。和機翼有所不同的是,分析機翼升力時可以不考慮粘性力,,而分析旋轉球的橫向力時則必須考慮粘性力,。所以這個問題比機翼的原理復雜一些,需要同時考慮粘性力,、科恩達效應和伯努利定律,。0 I; u- }; A8 `; Q' E
% Y V; L. j- l z; R% p上面的解釋中,說旋轉的球帶動表面的空氣旋轉,,使流過球兩側的空氣速度不同,,這個說法本身也不能算完全錯誤,只是這種兩側速度不同并不是直接由球表面拖動產生的,。
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8 N" ~& ]' J+ ?5 e0 I8 s參考下面的圖,,確實是球的旋轉帶動了表面的空氣,使球上下兩側的流動不對稱而產生的橫向力,,這種不對稱集中體現在:
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1. 旋轉的球把更多前方流過來的空氣導向上側,,所以前分叉點位于中心線下方。
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2. 上側的分離點由于壁面對氣流的助推作用而延后,,下側的分離點由于壁面對氣流的阻礙作用而提前,。$ d! q) ?" x1 R, O4 }
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和解釋機翼升力原理類似,弧線球橫向力的原理也可以從兩種角度來解釋,。 X7 J G8 A5 u$ h" p* I2 u
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一種解釋是旋轉的球兩側的壓力分布不對稱,,一側壓力低,另一側壓力高,,從而產生橫向力,。
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另一種解釋是旋轉的球把流過它的氣流導向一側,根據牛頓定律,,球就獲得朝相反方向的作用力,。; h" Q Z8 R% v7 I
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前面的解釋迫不得已使用了邊界層分離的概念,對于沒有學過流體力學的人可能不好理解,。不過從字面意思應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了的意思。
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& F8 ~6 m3 e. q1 [* l實際球類運動中是一定存在邊界層分離的,不過即使沒有邊界層分離,,旋轉的球仍然會受到橫向力,,實際上多數可以找到的解釋就是針對這種沒有分離的流動解釋的。這里把前面的圖再放一次,,可以看出,,在下圖中,球的旋轉使氣流的前分叉點和后交匯點都偏向左邊,。于是整個右側的流線要彎曲得多,,和機翼類似,右側的氣流壓力低速度快,。+ t' [- n1 L( _1 k1 B) W5 x* a
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