旋转产生马格努斯效应
从上面的动图我们可以看到,圆柱体向右侧运动的同时顺时针旋转,气流会对其施加一个向下的力。这可以解释为什么上旋球为什么会加速下坠,因为它在运动的过程中除了自身重力之外还有一个额外的力在把它往下“压”。
朋友们也许好奇,为什么球一旋转就跑偏,促使乒乓球偏移的力从哪里来?
关于马格努斯效应的分析学过流体力学的朋友应该对下面的图片并不陌生,它是对马格努斯效应的通常表达,但这张图片也常常会令人犯糊涂:为什么它是这样的呢?
上旋球会产生额外的下压力
有人将上图翻转180°,与另一张著名的图片相对照,根据 V1 > V2,产生升力F,由此得出结论:马格努斯效应其实来自伯努利方程。
对伯努利原理的错误表达
真是这样的吗?
其实这二者并不是一回事。
与机翼剖面形状不同,乒乓球与网球、足球类似,可以看作是一个均匀的球体,当它在空气中运动时,其迎风面受到的空气阻力是相对均匀的。也就是说气流通过其四周的速度相同,它等于球体向前运动的速度V。
V'与V的大小相等方向相反:
不旋转的球,其前进速度与气流速度大小相等方向相反
当球在前进的过程中发生下旋,情况就变得不同。这时候球上方气流速度相对于下方来说更快,但其相对于旋转球体表面的速度来说却是更慢了。
按照流体阻力定律,球受到空气阻力的大小与其速度的平方成正比: