天才/學(xué)霸/上帝——伯努利

伯努利試驗(yàn)儀的原理來(lái)自于--丹尼爾·伯努利（1700-1782）是瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和醫(yī)學(xué)家。他是伯努利數(shù)學(xué)家族（四代10人）最杰出的代表。16歲時(shí)，他在巴塞爾大學(xué)學(xué)習(xí)哲學(xué)和邏輯學(xué)，后來(lái)獲得哲學(xué)碩士學(xué)位。17-20歲時(shí)，他學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，1721年獲得醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位。他成為一名著名的外科醫(yī)生，并擔(dān)任解剖學(xué)教授。但在父親和哥哥的影響下，他最終轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)科學(xué)。伯努利的成功涉及廣泛的領(lǐng)域，包括天體測(cè)量學(xué)、萬(wàn)有引力、行星的不規(guī)則軌道、磁學(xué)、海洋、潮汐等。

本文從實(shí)例章節(jié)、理論章節(jié)、應(yīng)用章節(jié)三個(gè)方面展開(kāi)，一定讓您不虛此行。

1伯努利原理舉例

丹尼爾·伯努利在1726年首次提出：“在水流或氣流中，如果流速小，壓力就大；如果流速大，壓力就小。”。我們稱之為伯努利原理。

當(dāng)我們拿兩張紙，把空氣吹入兩張紙的中間時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)紙不會(huì)向外漂移，而是會(huì)被一種力擠在一起。因?yàn)閮蓮埣堉虚g的空氣是我們吹來(lái)的，流動(dòng)速度快，壓力小，而兩張紙外面的空氣不流動(dòng)，壓力大，所以外面的空氣用很大的力量把兩張紙“壓”在一起。

這是伯努利原理的簡(jiǎn)單證明。

（1） 列車（地鐵）站臺(tái)安全線

火車（地鐵）站臺(tái)上有黃色安全線。

這是因?yàn)楫?dāng)列車高速駛來(lái)時(shí)，列車車廂附近的空氣被驅(qū)動(dòng)迅速移動(dòng)，壓力降低。如果站臺(tái)上的乘客離列車太近，乘客身體前后會(huì)有明顯的壓差，乘客身體后面較大的壓力會(huì)將乘客推到列車上造成傷害。

因此，當(dāng)火車（或大卡車或公共汽車）高速駛來(lái)時(shí)，你不能站得離軌道（道路）很近，因?yàn)楦咚傩旭偟幕疖嚕ㄆ嚕?duì)站在旁邊的人有很大的吸引力。有人測(cè)量過(guò)，當(dāng)火車以每小時(shí)50公里的速度行駛時(shí)，后面大約有8公斤的力把人推到火車上。

在理解了“伯努利”原理之后，你再也不敢越過(guò)黃線了（和你周圍的人分享~~）

（2） 船舶吸力現(xiàn)象

1912年秋，“奧林匹克”號(hào)在海上航行。在距離當(dāng)時(shí)世界上最大的遠(yuǎn)洋船100米的地方，一艘小得多的裝甲巡洋艦“鷹”號(hào)正在加速前進(jìn)。這兩艘輪船好像在賽跑。他們彼此靠得很近，平行航行。突然，仿佛被大船所吸引，快速移動(dòng)的“妓女”根本不聽(tīng)舵手的指揮，直奔“奧林匹克”號(hào)。最后，“鷹”號(hào)船頭與“奧運(yùn)”號(hào)側(cè)面相撞，形成一個(gè)大洞，導(dǎo)致重大沉船事故。

事故的原因是什么？當(dāng)時(shí)，誰(shuí)也說(shuō)不清。據(jù)說(shuō)，海事法院在處理這起奇怪的案件時(shí)，不得不以“胡克”號(hào)船長(zhǎng)操作不當(dāng)為由判刑！

后來(lái)人們才明白，海上的意外災(zāi)難是一種“伯努利原理”現(xiàn)象。我們知道，根據(jù)流體力學(xué)的伯努利原理，流體的壓力與其速度有關(guān)。速度越大，壓力越小；反之亦然。用這一原則檢查事故，不難找出事故原因。

原來(lái)，兩船平行航行時(shí)，兩船中間的水比外面的水流動(dòng)得快，兩船內(nèi)側(cè)中間的水壓力比外面的水壓力小。隨后，在外水的壓力下，兩船逐漸靠近，最后相撞。由于“鷹”號(hào)體積小，在同樣的壓力作用下，在兩艘飛船之間接近要快得多。于是，“老鷹”撞上了“奧運(yùn)”事故。

現(xiàn)在這種現(xiàn)象被稱為航海中的“船舶吸力現(xiàn)象”。

讓我們用圖表來(lái)分析：

圖218中的兩艘輪船在靜水中并排航行，或在流水中并排停靠。由于兩船之間的水面比較窄，所以這里的水流速度比兩船外的水流速度要高（如果難以理解，則認(rèn)為船是靜止的，水流在船外），壓力比兩船外的要低。因此，兩艘船將被環(huán)繞在船上的相對(duì)高壓水?dāng)D在一起。經(jīng)驗(yàn)豐富的海員很清楚，兩艘并排航行的船會(huì)互相吸引。

如圖219所示，如果兩艘輪船并排行駛，其中一艘稍微落后，情況會(huì)更糟。使兩船靠近的兩個(gè)力F和F使船體轉(zhuǎn)向，B船轉(zhuǎn)向a船的力更大。在這種情況下，碰撞是不可避免的，因?yàn)槎鏇](méi)有時(shí)間改變船的方向。

鑒于此類沉船事故時(shí)有發(fā)生，且船舶和軍艦越大，一旦發(fā)生碰撞，其危害性就越大。因此，世界海事組織對(duì)這種情況下的航行規(guī)則做出了嚴(yán)格的規(guī)定，包括兩船在同一方向行駛時(shí)必須保持多大的距離，小船和大船在通過(guò)狹窄路段時(shí)應(yīng)該做什么等等。

這樣，我們就會(huì)明白為什么有些海峽和運(yùn)河看起來(lái)更寬，但航運(yùn)管理部門仍然說(shuō)：“兩船并排或面對(duì)面航行是不合適的。”！

（3） 游泳

學(xué)習(xí)了伯努利原理之后，我們就會(huì)明白為什么在湍急的河里游泳是非常危險(xiǎn)的。

有人計(jì)算過(guò)，當(dāng)河中央的水流以每秒1米的速度流動(dòng)時(shí)，大約會(huì)有30公斤的力量吸引和擠走人們的身體。即使是一個(gè)好的游泳運(yùn)動(dòng)員，他也不敢在任何地方游泳！

（4） 風(fēng)把屋頂掀翻了，或者把橋壓壞了

當(dāng)風(fēng)吹來(lái)時(shí)，屋頂上的空氣流動(dòng)得非常快，等于風(fēng)速，而屋頂下的空氣幾乎是靜止不動(dòng)的。根據(jù)伯努利原理，屋頂下的空氣壓力大于屋頂上的空氣壓力。如果風(fēng)越刮越大，屋頂頂部和底部的壓差也越來(lái)越大。一旦風(fēng)速超過(guò)一定程度，壓差就會(huì)把屋頂掀起來(lái)！正如唐代著名詩(shī)人杜甫在《被秋風(fēng)吹破的茅草屋之歌》中所說(shuō)：“八月秋高風(fēng)怒號(hào)，卷我屋上三重茅。”

臺(tái)風(fēng)吹倒橋梁也是“伯努利原理”的作用：臺(tái)風(fēng)通過(guò)橋梁會(huì)吹穿橋面和橋孔。由于橋孔相對(duì)橋面較小，當(dāng)風(fēng)通過(guò)時(shí)，風(fēng)速較快，壓力較小，而橋面風(fēng)速較慢，壓力較大。所以，有一個(gè)壓差。如果這座橋不能承受這樣的壓力，它就會(huì)倒塌。

（5） 香蕉球（弧形球）

如果你經(jīng)常看足球比賽，你一定看到了點(diǎn)球前的任意球。這時(shí)，通常有五六名防守隊(duì)員在球門前形成一道“墻”，擋住球門路線。然而，進(jìn)攻方的主罰球員開(kāi)始大力射門，球繞過(guò)了“墻”。他看到自己要飛出球門，但他沿著弧線拐彎，直奔球門，球門出其不意地抓住守門員，看著球進(jìn)了球門。這真是個(gè)神奇的“香蕉球”。

為什么足球在空中呈弧形飛行？原來(lái)，當(dāng)“香蕉球”被罰時(shí)，球員并沒(méi)有把腳踢進(jìn)足球中心，而是稍微偏到一邊。同時(shí)，他用腳背摩擦足球，使球在空中向前移動(dòng)，不斷旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，一方面空氣逆著球向后流動(dòng)，另一方面由于空氣與球之間的摩擦，球周圍的空氣會(huì)被帶到一起旋轉(zhuǎn)。這樣一來(lái)，球的一邊空氣的流速就快了，而另一邊空氣的流速就慢了。

“伯努利原理”告訴我們：氣體的速度越大，壓力越低。由于足球兩側(cè)的氣流速度不一樣，它們對(duì)足球產(chǎn)生的壓力也不一樣，所以足球在氣壓的作用下被迫轉(zhuǎn)向氣流速度高的一側(cè)。

6） 噴霧器

噴霧器采用大流量、低壓原理。

讓空氣從小孔中快速流出，小孔附近的壓力很小，容器內(nèi)液體表面的空氣壓力很高，液體沿著小孔下面的小管上升，液體從小管的上口流出后，受到氣流的沖擊，噴成霧狀。

（7） 汽油機(jī)化油器

汽油機(jī)的化油器與噴霧器的原理相同。化油器負(fù)責(zé)兩件事：

讓燃油蒸發(fā)。

汽化的燃料與一定比例的空氣混合形成混合物。

化油器是向氣缸提供燃油和空氣混合物的裝置。其結(jié)構(gòu)原理是：當(dāng)氣缸中的活塞作吸氣沖程時(shí)，空氣被吸入管道。當(dāng)它流過(guò)管道的狹窄部分時(shí)，流速高，壓力低。汽油從安裝在狹窄部分的噴嘴流出，噴成霧狀，形成油氣混合物進(jìn)入氣缸。

/沒(méi)有急流，沒(méi)有勇猛，沒(méi)有高峰，沒(méi)有攀登/

2《理論篇——伯努利方程》

伯努利方程是由瑞士物理學(xué)家伯努利提出的。它是理想流體穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程。確定流體的壓力和速度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。廣泛應(yīng)用于水利、造船、航空等部門。

值得注意的是，伯努利方程是由機(jī)械能守恒導(dǎo)出的，所以它只適用于粘度和不可壓縮性可以忽略的理想流體。在粘性流體流動(dòng)中，由于機(jī)械能的消耗，粘性摩擦產(chǎn)生熱量，機(jī)械能不守恒。

/珍珠的閃光并不是別人畫的/

三。應(yīng)用：伯努利方程的廣泛應(yīng)用

伯努利在1726年提出了伯努利原理，這是流體力學(xué)的基本方程之一。伯努利方程是理想流體定常流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程，它被解釋為在忽略粘性損失的情況下，流線上任意兩點(diǎn)的壓力勢(shì)能、動(dòng)能和勢(shì)能之和不變。其實(shí)質(zhì)是流體的機(jī)械能守恒，即：動(dòng)能+重力勢(shì)能+壓力勢(shì)能=常數(shù)。對(duì)于泵來(lái)說(shuō)是：速度壓頭+靜壓頭+位置壓頭=恒定。最著名的推論是，當(dāng)水流處于同一高度時(shí)，流速大，壓力小。

應(yīng)用1：翼型升力

為什么飛機(jī)能飛上天空？因?yàn)槌岚蚴窍蛏系摹ｏw行中機(jī)翼周圍空氣的流線分布是指機(jī)翼截面形狀的不對(duì)稱性。機(jī)翼上方流線密集，速度高，下方流線稀疏，速度低。根據(jù)伯努利方程，機(jī)翼上方的壓力較小，但機(jī)翼下方的壓力較大。這會(huì)在機(jī)翼上產(chǎn)生向上的升力。

應(yīng)用2：離心泵

泵殼收集從每個(gè)葉片噴出的液體。液體沿蝸殼通道的擴(kuò)張方向在泵殼內(nèi)流動(dòng)。流速逐漸減小，壓力逐漸增大，使流體的動(dòng)能（速頭）轉(zhuǎn)化為靜能（靜壓頭），能量損失減小。因此，泵殼的作用不僅僅是收集液體，更是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。

應(yīng)用3：消防炮

消防泵作用于水或泡沫液等液體介質(zhì)上，將能量傳遞給消防炮，消防炮和炮管的流道逐漸減小，液體流速逐漸增大，壓力逐漸減小，從而使液體的靜水能（靜壓頭）轉(zhuǎn)化為動(dòng)能（速頭），從而獲得高速水流，最終從火炮中噴出的水射流達(dá)到。理想范圍。

應(yīng)用4：文丘里流量計(jì)

文丘里流量計(jì)是一種測(cè)量流體壓差的裝置。它是一根先收縮后逐漸膨脹的管子。在收縮段直管段的第1段和第2段測(cè)量了兩段的靜壓差和面積，并用伯努利方程計(jì)算了通過(guò)管道的流量。需要注意的是，收縮段的能量損失遠(yuǎn)小于膨脹段，因此不能用膨脹段的壓力來(lái)計(jì)算流量，以免增加誤差。

應(yīng)用5：虹吸現(xiàn)象

（你怎么解釋把乒乓球直接放在吹風(fēng)機(jī)上？我相信你看完這篇文章后就知道答案了。）

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