2023国考考试常识:生活中的伯努利原理

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伯努利是一位瑞士科学家,涉足物理学、数学和医学领域。他是伯努利家族第四代中的杰出人物,这个家族有十位成员从事科学研究。他在十六岁时进入巴塞尔大学,开始学习哲学和逻辑学开yun体育app入口登录,并最终获得了哲学学位。从十七岁到二十岁,他又专注于医学学习,并在1721年取得了医学学位。凭借这一成就,他成为了知名的外科医生,还担任过解剖学教授。尽管取得了医学上的成功,但在父兄的影响下,他最终选择了转向数理科学领域。伯努利在诸多学科领域都取得了显著成就,其核心研究方向是流体运动规律开元ky888棋牌官方版,此外还涉足天文学测量、地球引力理论、行星运行轨迹异常现象、磁场现象、海洋学以及潮汐运动规律等多个方面。

伯努利原理

丹尼尔·伯努利于1726年首次阐述:当流体速度较慢时,其压强较高;当流体速度较快时,其压强则较低。这一发现被称为“伯努利原理”。

我们手握两张纸片,向纸片缝隙处吹气,纸片不会向外飘动,反而会相互靠近。因为纸片之间的空气被吹动后流速加快,导致压强减小,而纸片外侧的空气保持静止,压强较大。外侧高压空气将纸片挤压在一起。这个现象是伯努利原理的一个直观体现。

1、列车(地铁)站台的安全线

火车站台都设有黄色警戒线。因为列车高速行驶时,紧邻车厢的空气会随之急速流动,导致气压降低,站台上的乘客如果过于靠近列车,其身体前后会形成显著的气压差异,身后较大的压力会将乘客推向列车,从而造成危险。

因此,当火车,或者说是大型货车、大型客车,快速驶近时,你千万不能站在靠近铁轨,或者道路的位置,因为高速行驶的火车,或者汽车开yun体育官网入口登录app,对旁边的行人会产生很大的拉扯作用。有人进行过测量,发现当火车以每小时五十公里的速度前进时,大约有八公斤的力,会从后面将人向火车方向推去。

2、船吸现象

1912年秋季,名为“奥林匹克”的巨轮于广阔海面行进,在它前方百米之外,一艘体量稍逊的装甲巡洋舰“豪克”正高速行进,两船似在竞速,彼此间距极小,并排向前移动。随即,高速行驶的“豪克”突然失去控制,仿佛被巨轮引力牵引,完全不听舵手指挥,径直朝着“奥林匹克”号冲撞而去。最终,“豪克”号的船首与“奥林匹克”号的船边相撞,造成一个巨大破口,引发了一起严重海难事件。

这次海面上的意外事件,源于“伯努利原理”的作用。根据流体力学的“伯努利原理”,流体的压强和它的流速相互关联,流速增加时,压强就会降低。

两船并排行进时,船中间的水流速比两侧快,导致中间水对船内侧的压强低于外侧水对船外侧的压强。外侧水的推力使两船逐渐向中间移动,最终发生碰撞。因为“豪克”号体积较小,在同等推力下,它向中间移动的速度明显更快。这种情况直接引发了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。

3、游泳

懂得了伯努利效应的原理,就能知晓:为何进入水流急速的江河中游泳十分危险。经过测算,当河中心的水流速度达到每秒一米时,大约会产生30公斤的力,对人的身体产生吸引和推挤作用,即便是游泳技术高超的人也感到难以应对。

4、刮风掀翻屋顶或压垮大桥

在风天气里,屋顶上方的气流速度很快,同风速一样,而屋顶下方的空气几乎静止不动。依照伯努利定律,这时候屋顶下方的气压要高于屋顶上方的空气压力。如果风力持续增强,那么屋顶内外就会产生更大的气压差异,当风力达到某个阈值时,这种压力差会突然将屋顶掀翻!这跟我国唐代诗人杜甫在《茅屋为秋风所破歌》里描述的景象非常相似:八月里秋风猛烈呼啸,把屋顶上的茅草全都卷走了。

飓风导致桥梁损毁,同样源于“伯努利效应”:当飓风掠过桥梁时,气流会从桥身顶部和桥洞中穿过。桥洞的横截面积相较于桥面更为狭窄,因此风在通过时速度显著提升,导致压强骤降,而桥面处风的速度相对迟缓,压强则明显偏高。这种压强上的显著差异,若桥梁结构无法有效应对,便可能因此倾覆。

5、香蕉球 (弧线球)

你如果常常关注足球赛事,肯定见识过前场直接任意球。那个时刻,防守队员常会五六人聚集在球门前,筑起一道防线,意图拦截进攻。然后,主罚球员奋力踢出一球,它绕过了防线,起初似乎要飞离球门,但突然改变方向,沿着弧线飞向球门,守门员来不及反应,只能眼看着球进了。这就是令人惊叹的“香蕉球”。

足球为何会划过空中曲线呢?这其中的奥妙在于,当球员踢出“弧线球”时,他们并非正中球心,而是略微偏斜,并借助脚背与球面接触,促使球体在飞行进程中持续旋转。球体前行的同时,空气从正面流向其后方,而球体与空气间的摩擦力,又带动了球周空气的旋转。因此,球体一侧的空气运行速率会提升,而另一侧的空气运行速率则会下降。

伯努利效应揭示:气流速度越快,其产生的力道就越弱。足球两侧的气流速度存在差异,导致它们施加在足球上的力度不同。因此,足球在受到空气作用力的影响下,会朝着气流速度更强劲的一方偏转。

6、喷雾器

喷雾器是利用流速大、压强小的原理制成的。

气体从缝隙快速逸散,缝隙周围的气压低,容器内液面以上的气体压强大,液体沿着细管向下移动,从管口排出,液体遇到气流作用,被击碎成小液滴。

7、翼型升力

飞行器得以升空,关键在于“伯努利效应”。翼型构造上翘下平,迎向气流时,上侧气流速度加快,压强减小,下侧气流速度减缓,压强增大,由此产生压强差异,形成升力作用。

刷题巩固

精妙的球手会借助特殊方法让射出的皮球产生自转,这颗自转的球在飞行时,会忽然偏离既定轨迹并发生偏航,这种现象称作“弧线球”。以下各项所阐述的力学机制,与弧线球效应的原理相左的是

A.飞机机翼通常设计为上沿是弧形,下沿是平的

B.用吸管喝袋装牛奶,喝完后用力吸一下,袋子瘪了

C.火车站台设置黄色安全线以警示乘客与列车保持距离

两张A4纸彼此间隔五厘米,呈垂直状态摆放,若向它们之间的空隙处吹气,这两张纸便会彼此靠近

【解析】B。这道题目检测的是科学知识。“香蕉球”能够弯曲飞行,关键在于伯努利效应,即速度快的地方压强会比较低。球被运动员踢出弧线球后,会一边自转一边向前移动,这样就在球体周围产生了与旋转方向相同的环状气流,环状气流和足球行进方向相同的那一面,速度会加快,气压会降低,环状气流和足球行进方向相反的那一面,速度会减慢,气压会升高。因为两侧承受的空气压力不一样,在压力影响下,球会朝向压力小的一方转向。

A项准确无误,依据伯努利定律,飞行器在空中前进时,其翼面将气流划成上下两条路线,上方气流沿着弯曲轨迹前进,速度快且承受的压力弱,下方气流则沿较直的路线行进,速度慢且承受的压力强。正是因为翼面下方的气压强超过了上方的气压强,上下方的气压出现了差异,从而形成了向上的推力,让飞行器得以升空。

B项不正确,当用吸管将袋内空气吸出后,袋内气压立刻降低,而外部大气压保持不变,在内外压力差的影响下,袋子被挤压变形。这个现象与伯努利原理无关。

C项准确,依据伯努利定律,当人与列车相距较近,列车高速运行时,两者间的空气会快速移动,导致该处气压显著降低,而人身体另一侧的气压保持稳定,因内外气压不一致,人会被推向列车,从而易发生危险。所以火车站台设有黄色警示线,提醒乘客与列车维持安全间隔。

D项准确无误,依据伯努利定律,当向两张纸片之间送气时,纸片中间的空气运行速度显著加快,导致该处气压明显降低,与此同时,纸片外侧的空气几乎保持不动,其压强相对较高,由于两侧存在压强差异,在压力差的影响下,两张纸会向中间方向移动并相互靠近。

本题为选非题,故正确答案为B。

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