空气的阻力有哪些好处和坏处?
如果我对你说,在我们的头顶上飘浮着几千吨石头,你一 定不相信。可实际上还远远不止这个数字,你知道吗? 一次火山爆发可以把一千亿立方米的石头灰尘拋向空中,搅得天昏 地暗。同体积的石头比空气重1500倍,按照浮力定律,石头是绝 对不会飘在空中的,但是石头灰尘却可以。 石头灰尘是指极细 小的石头颗粒,所以它的大部分成分和石头一样。你想看到这 些细小的“石头”吗?当一束阳光照进一间较暗的屋子里的时 候,你在那束阳光里可以看到一粒粒小颗粒在那里跳动,它们 就是一些灰尘在空气中缓缓地飘来飘去,有时候慢慢下降,而 一阵风又能使它们上升。 严格地说,石头飘在空中不是因为空气浮力,而是空气的 阻力。把一...全部
如果我对你说,在我们的头顶上飘浮着几千吨石头,你一 定不相信。可实际上还远远不止这个数字,你知道吗? 一次火山爆发可以把一千亿立方米的石头灰尘拋向空中,搅得天昏 地暗。同体积的石头比空气重1500倍,按照浮力定律,石头是绝 对不会飘在空中的,但是石头灰尘却可以。
石头灰尘是指极细 小的石头颗粒,所以它的大部分成分和石头一样。你想看到这 些细小的“石头”吗?当一束阳光照进一间较暗的屋子里的时 候,你在那束阳光里可以看到一粒粒小颗粒在那里跳动,它们 就是一些灰尘在空气中缓缓地飘来飘去,有时候慢慢下降,而 一阵风又能使它们上升。
严格地说,石头飘在空中不是因为空气浮力,而是空气的 阻力。把一片纸从高处扔下,然后再把这片纸攥成一个纸团扔 下来,比较一下:纸片和纸团下落中,它们的速度是不是一样。 我们会看到,纸片下落得很慢,而纸团下落得很快,原因是它们 受到的空气阻力不同。
伟大的科学家牛顿童年时就对空气阻力进行过研究。后 来,他得到的结论是:空气阻力跟运动物体的迎风面积有关,和 物体的运动速度有关。下落的物体,迎风面积越大,受到的空气阻力越大。石头能飘在空中的原因:主要是因为石头变成灰 尘以后,灰尘的总表面积比石头原来的表面积增加了成千上万 倍,因此灰尘受到的空气阻力也会成千上万倍地增加,所以才 能飘在空中。
你也许会想,灰尘越小表面积越小,怎么能说是增加了呢? 应该考虑灰尘的总表面积。例如取一个长、宽和高都是1米的 立方体,它的体积是1立方米。沿长、宽和高的中点切三刀,立 方体就被分成8等份。8个小立方体合起来还是一个大立方 体,它们的总体积没有发生变化。
但是8个小立方体的总表面 积要比一个大立方体的表面积大。因为原来包在大立方体里 面的面在切成小立方体以后就变成外部的表面了。经过简单 的计算可以知道,8个小立方体的总表面积是原来大立方体表 面积的2倍,以此类推,如果把8个小立方体按同样的方法,每 个再切为8个更小一点的立方体,那么这个大立方体就被分成 为64个小立方体,它们的总表面积会比原来那个大立方体的 总表面积增加4倍。
当一块石头变成100万个小灰尘的时候,它的总表面积大约要增加100倍,我们由此而知,它们受到的阻力也要相应地 增加100倍。但是灰尘的总重量并没有增加,所以它们能在空 中飘来飘去也就不必感到奇怪了,是不是?空气的阻力常常是物体前进的障碍,但是也有有用的时候。
跳伞运动就是巧妙地运用空气阻力的例子。尤其是花样跳伞, 在电视里可以看到,跳伞运动员从飞机上跳下来以后,并不忙着马上打开降落伞,而是张着双臂在空中飞翔一段,他们穿着特别肥大的衣服,被风吹得鼓鼓的,这样他们就可以得到较大的空气阻力,有时手拉着手在空中围成一个大圈表演,就像一朵绚丽的花,然后又分成几个小圈,组成一幅美丽的图案,直到 快接近地面的时候,他们才打开降落伞平稳地着陆。
这些表演使我们知道空气阻力和迎风面积的关系。跳伞 运动肥大的衣服使他们得到较大的空气阻力。运动员利用改变自己身体姿势来控制自己的下落速度。当跳伞运动员以平 卧的姿势(不打开伞)下落时,空气阻力较大,速度为38米/秒, 如果团着身子下降,空气阻力较小,速度为60〜80米/秒,而直立着下降时,下落速度可以达到105米/秒。
跳伞运动员只有熟练地改变身体姿势,调整下落速度,才能表演各种特技。收起