谈谈机翼产生升力的物理原理。
其实机翼产生升力,滑块斜面装置的横向移动,游泳,打羽毛时摆动左臂,螺旋桨飞机的推力,喷气式飞机的推力,直升飞机的升力,火箭的推力,降落伞的升力用的都是同样的物理原理。这些都是没有外力的情况下,系统内力产生的移动和加速度。这个物理原理就是动量守恒定律和质心守恒定律。
先说说滑块斜面装置的横向移动。假设滑块与斜面体之间没有摩擦力,斜面体与地面之间也没有摩擦力。系统只受到纵向的重力,没有横向的外力。但是在重力的作用下,滑块下滑,产生横向移动(向左)。为了保持横向质心不变,斜面体要向右移动。这是系统的横向内力(由重力产生)把一部分质量向左推出,使得其它部分向右移动。
打羽毛时摆动左臂。向前跑位时,向后摆动左臂是对腿推进力的的一种补偿。系统把左臂质量向后推出,使得身体其它部分向前移动,容易接到前面的球。
游泳。假设是蛙游。手臂的划水和腿的夹水都是把系统的质量向后推出。当手臂恢复时,其姿态使得向前推出的水很少。当腿恢复时,其姿态,速度都使得向前推出的水少。这样净推水的方向是向后的,使得系统其它部分(人体)向前移动。自由式的划水的恢复是水外完成,向后推水效率很高。
降落伞下降时把同高层的空气向下压。系统把质量向下推出,使得系统其它部分(降落伞,人)获得升力。
螺旋桨飞机的推力是因把螺旋桨附近的空气向后推出而获得。直升飞机的升力因把螺旋桨附近的空气向下推出而获得。
现在讨论机翼产生的升力。先讨论简化的机翼。假设机翼截面的底部是横向直线,迎风部是四分之一圆弧,圆弧最高点到机翼尾是直线。飞机向前移动时,经过机翼底面的空气没有上下方向的分流。经过迎风部的空气向上分流,圆弧最高点到机翼尾这一段是负压区,圆弧最高点之上的空气要向下流动补充负压区。由于负压区较大,总效应是空气向下流动。这是系统把一部分质量向下推出,使得其它部分向上移动。如果机翼有一个迎角,经过机翼底面的空气要向下分流,机翼上面的负压区增大,机翼最高点之上的空气要向下流动更多,来补充负压区。总效应是更多空气向下流动。这样,升力要增加。
其实螺旋桨叶片的横截面与机翼的横截面是类似的。都是利用下面向下分流,上面负压来获得升力的。
风筝也是这样。风筝的迎角较大。利用下面向下分流,上面负压来获得升力的。
喷气式飞机和火箭都是自带物质(燃料)。系统把质量向后推出,使得系统其它部分获得向前的推力。