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你所在領域裏最反直覺的物理效應是什麽?

2021-07-05知識

如果一個僅僅受風能驅動的物體,沿著風向前進,它的速度能否超過風速?(考慮阻力等,現實條件下)

答案是 可以 ,就是這個車,先想下為什麽,只看這個圖會覺得不可能吧?跑的比風還快那能量來自於哪裏呢?

並非本專業,覺得非常有意思就分享下。今天剛看了一個視訊,utube上veritasium發的,剛釋出20小時就超過2百萬瀏覽。非常喜歡的一個視訊主,發過很多力學、科學相關的視訊,其中還提到過我的課題,折紙結構的工程套用等等,其中幾個比如

一個帶軸的很重輪子,再輪子高速旋轉的時候手握軸的一端便可輕松舉起(靜止的時候舉不起來)?

房間的灰塵是否大多來源於死皮?

手握一個由於自重向下拉伸的彈簧,松手時下端會不會立刻下墜?

星際穿越中黑洞為什麽是那個樣子的(一個環中間一條線)?

以下為答案,來源於視訊截圖

答案是 一個僅僅受風能驅動的物體,沿著風向前進,它的速度可以超越風速,甚至達到數倍。

先從簡單開始,如果不考慮阻力,一個沿風向開的帆船在風下開始加速

並最終達到風速,不能超過風速。

但是,如果帆船和風向有一定夾角,這樣會導致風帆內外流速不同,有壓力差,從而產生垂直於風向的升力,其中的分量可以使得船以最大3-4倍於風速的速度執行。

當然這個升力垂直於航線方向的力會使得帆船傾斜。

這個情況下,帆船的前進方向並非是沿著風向。大概這個樣子,風向45度夾角左右。也就是說帆船沿著風向的速度分量大概是0.7倍(cos45)的總速度。如果帆船船速能達到4被風速,那麽帆船風向上的速度分量不就到了2.8倍嘛。

現在,經典的來了,如果把海面想象成一個圓筒形的,那麽這樣帆船風向上的速度分量不就輕松超過風速了麽。但是這不符合題目要求—沿著風向運動的物體啊,看下圖

現在假設有兩個帆船,沿著這個圓柱的大海前進。這個像什麽?螺旋槳!這個螺旋槳做為一個整體的話那不就滿足沿風向運動了嘛。現在把螺旋槳放在車上。

這個車,其實和猛地看上去的不一樣,他的輪子是連著螺旋槳的,也就是說風先推動小車往前走,然後螺旋槳輪子驅動螺旋槳轉動,像一個大電扇一樣往後吹風,因此超過原有風速。車主還創下了世界紀錄,車速最快為風速的2.8倍。見上圖車前的小飄帶,剛開車的時候由於風是從後往前所以飄帶向前飄,後來隨著加速飄帶變為垂向下,說明車速與風速相當,上面截圖是飄帶向後飄,證明車速已經超過風速。

下車原理如下所示

相當於電扇後面的的風速收到電扇影響,是小於整體風速的,因此小車才可能沿著風跑的比風速還快。

有條件的可以看下原視訊,視訊理解更容易,講的很好。

最後補充一個本專業的反常現象 在特定動力荷載(爆炸沖擊)情況下,使用犧牲類防護結構(如汽車防撞吸能盒,泡沫類頭盔,防爆吸能層,公路吸能裝置等),是有可能起到反作用,有時甚至比不用這些吸能防護結構的受損更大。也就是說有可能不用防護結構時的傷害更小。這個要根據吸能總量,荷載的型別以及沖量能量等定量分析。

歡迎咨詢結構防護,爆炸沖擊,折紙結構,潛水輕艇等。另,招收土木防災減災碩士研究生。