当我们穿越漫长历史,还会发现,在一些“超级玩家”手中,风筝被赋予了更伟大的使命。他们利用风筝升空的原理,进行了很多科学实验,对人类的发展起了巨大的推动作用。
最有名的是威尔伯.莱特和奥维尔.莱特,莱特兄弟受到风筝的启发,先后制成三架风筝式滑翔机,进行了上千次的放飞试验,不断探索和改进,最终研制出第一架使用内燃机的飞机。
挣脱重力,从大地飞上天空、宇宙,一直都是人类的梦想。中国发明的风筝,诞生于两千多年前,就是人类最早的飞行器,也是世界上第一种重于空气的飞行器。所以,下次再去放风筝时,同学们可别忘了,你们手上的风筝可不仅仅是民间工艺品和玩具,它曾对科学技术的发展也起到特殊的作用。
纸鸢为何能够飞上天
受力分析破解“小技巧”
同学们都知道,地球上有质量的物体都受到重力作用,宏观表现为生活中各种物体在无支持力作用下都会自由落体运动。风筝也不例外。
那么,比空气重的风筝,为什么能飞上天呢?
结合生活中的经验,风筝想飞上天,要有两个必要条件:一是要在有风的天气下;二是风筝得有提线的牵引,“断线的风筝”必定很快会掉下来。
那么,风筝起飞一定需要风吗?回答这个问题之前,我们先设想两个情景:
第一个情景,风筝在月球上能不能起飞?我们知道,风筝起飞要受到一个竖直向上的力,这个向上的力不会是由向下绳子的拉力产生,而是空气作用产生的力,月球上没有空气,所以月球上风筝起飞无法起飞。
第二个情景,风筝在无风情况下能不能起飞?先思考一下,上面提到的空气的力是什么,中学科学课本中提到,空气在不同的流速下会有不同的压强,当压强高的区域向气压低的区域移动时候,就形成了风。在无风情况下,空气中各个区域的流速是一致的,也就是空气密度分布均匀,此时风筝在飞行过程中无论哪个朝向,空气流速相对风筝各部分也都是相等的,不能形成压强差,也就无法给风筝一个力。所以,风筝起飞需要风。
通过以上两个场景的分析,我们了解到,放风筝需要借助风的力量。
同时,同学们还应该知道,大多数情况下,我们在地面上遇到的不是强对流风,而是地面风,地面风流动方向基本平行于地面。当风筝横断地面风时,风筝迎风的一面阻塞空气分子,改变了空气分子动量,产生一个垂直风筝面的力,若此时风筝倾斜,这个力分解为两个方向的分力,一个是与地面风流方向一致的水平分力,另一个力是竖直向上的分力,这个力即为风筝飞升的升力,也就是我们所说的扬力。
从大气压强角度来解释,风筝在空中受风作用,风筝下层的空气受风筝面的阻塞,空气的流速减缓,大气压强升高;风筝上层的空气流速相对较高,大气压强较低,使风筝上下面形成压强差,在扬力即是由这种压强差而产生的。