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球为什么不走直线,而是向左或者向右走了弧线的步伐吶? 5 P! ?; {5 x% `7 R* }6 i( Z4 b- p 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。# K( z9 i, W% M* u* c * w2 M1 ], U. Z" v 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。 # q) q! m6 G+ ^) _. V" W" i6 r0 h ! @; B2 \4 o9 H! U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。2 E: ^0 M [9 v0 _, i* X* f7 H , D. h7 k6 X5 `% o3 c+ N' y T& ? 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:* h! d# G' c! ]/ z. @2 z/ H1 F* S
% F. v; S a% \9 ?9 ]6 A7 T1. 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。 % A) K3 }/ W9 Y; w5 X . N% ~5 G4 `# F# H, l2 c2 v/ N2. 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。 ( p: e% P1 y7 I$ w, \5 f0 C' b5 H* R8 v
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) e( a/ @/ c& U- e# S$ i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。 - a8 {: J) Z6 j/ f, b. d. q8 A) b f% O3 |# H( @ 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。 % p9 @: u1 K8 o7 ]7 _* S1 K2 \* o7 \* b0 N/ |( }5 Y 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。0 { _" D9 b* k1 H) [, e
( \# s7 G8 Y. T5 v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。) J( B$ _' R) s3 C + M% J6 g& v) y4 N9 ~% ^7 u. o' g) { 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。d N$ q- B7 C5 X6 m1 G
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