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: V3 X" |7 G, y" O9 g 球?yàn)槭裁床蛔咧本€,而是向左或者向右走了弧線的步伐吶?! _7 O( ?4 H& Z$ K! }9 E
0 h& d7 [" `5 d k, i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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. Z! r" H3 V* W5 x& V+ O! f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。! d8 \) t8 M+ `4 D
2 @; n: J- c1 l, Y+ A7 i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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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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! \4 m& _9 O6 ?% k1. 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。: B* V& E) [ `. a( j' A" i0 f9 P
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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。
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5 X. ^, Q1 F" a: J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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9 w7 } O2 v C4 m. d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。
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, r: `) W. G- ]1 [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。# J1 s+ G, B0 k9 d2 e2 U
, G8 w# R6 f+ F% _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。 t# a* u' f7 e0 A( j( S
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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。
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