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: l; X3 n7 C( c+ B/ r' B6 M" H 球为什么不走直线,而是向左或者向右走了弧线的步伐吶?$ Z% p8 |: w' G$ _
+ R4 i* Z9 Z. O当球旋转着前进时,空气绕过它的流动不对称,产生侧向力,于是球走过一条曲线的路径。, S' v& h! w& {) l
7 q7 Q4 Q9 p c以球心为参考系,气流吹过旋转的球时,会对球产生横向力。其原理和机翼升力的原理是相似的,只用伯努利定律并不能很好地解释,更重要的是科恩达效应。和机翼有所不同的是,分析机翼升力时可以不考虑粘性力,而分析旋转球的横向力时则必须考虑粘性力。所以这个问题比机翼的原理复杂一些,需要同时考虑粘性力、科恩达效应和伯努利定律。
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上面的解释中,说旋转的球带动表面的空气旋转,使流过球两侧的空气速度不同,这个说法本身也不能算完全错误,只是这种两侧速度不同并不是直接由球表面拖动产生的。
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参考下面的图,确实是球的旋转带动了表面的空气,使球上下两侧的流动不对称而产生的横向力,这种不对称集中体现在: @% Q" }4 L5 w, Y5 Z
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1. 旋转的球把更多前方流过来的空气导向上侧,所以前分叉点位于中心线下方。 g9 n' k1 c" k+ k
9 F, y- L$ y4 j0 ~) U& r2. 上侧的分离点由于壁面对气流的助推作用而延后,下侧的分离点由于壁面对气流的阻碍作用而提前。4 i& s% f( p! s1 g
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和解释机翼升力原理类似,弧线球横向力的原理也可以从两种角度来解释。0 s3 T: X/ ^1 F) b7 s
! J; m( ` G+ G5 P- [3 K, q4 T一种解释是旋转的球两侧的压力分布不对称,一侧压力低,另一侧压力高,从而产生横向力。& c* Z+ ^; f) i. p
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另一种解释是旋转的球把流过它的气流导向一侧,根据牛顿定律,球就获得朝相反方向的作用力。
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6 m" {: D8 @1 T9 |* q前面的解释迫不得已使用了边界层分离的概念,对于没有学过流体力学的人可能不好理解。不过从字面意思应该大概可以明白就是气流和壁面分离,之后不再沿壁面流动了的意思。2 \" D) {; w5 m& \% R! {$ y
# G# t, a* f+ h3 _实际球类运动中是一定存在边界层分离的,不过即使没有边界层分离,旋转的球仍然会受到横向力,实际上多数可以找到的解释就是针对这种没有分离的流动解释的。这里把前面的图再放一次,可以看出,在下图中,球的旋转使气流的前分叉点和后交汇点都偏向左边。于是整个右侧的流线要弯曲得多,和机翼类似,右侧的气流压力低速度快。$ B4 X. A |- k) r( ~) `- r; K! D
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