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你所在领域里最反直觉的物理效应是什么?

2021-07-05知识

如果一个仅仅受风能驱动的物体,沿着风向前进,它的速度能否超过风速?(考虑阻力等,现实条件下)

答案是 可以 ,就是这个车,先想下为什么,只看这个图会觉得不可能吧?跑的比风还快那能量来自于哪里呢?

并非本专业,觉得非常有意思就分享下。今天刚看了一个视频,utube上veritasium发的,刚发布20小时就超过2百万浏览。非常喜欢的一个视频主,发过很多力学、科学相关的视频,其中还提到过我的课题,折纸结构的工程应用等等,其中几个比如

一个带轴的很重轮子,再轮子高速旋转的时候手握轴的一端便可轻松举起(静止的时候举不起来)?

房间的灰尘是否大多来源于死皮?

手握一个由于自重向下拉伸的弹簧,松手时下端会不会立刻下坠?

星际穿越中黑洞为什么是那个样子的(一个环中间一条线)?

以下为答案,来源于视频截图

答案是 一个仅仅受风能驱动的物体,沿着风向前进,它的速度可以超越风速,甚至达到数倍。

先从简单开始,如果不考虑阻力,一个沿风向开的帆船在风下开始加速

并最终达到风速,不能超过风速。

但是,如果帆船和风向有一定夹角,这样会导致风帆内外流速不同,有压力差,从而产生垂直于风向的升力,其中的分量可以使得船以最大3-4倍于风速的速度运行。

当然这个升力垂直于航线方向的力会使得帆船倾斜。

这个情况下,帆船的前进方向并非是沿着风向。大概这个样子,风向45度夹角左右。也就是说帆船沿着风向的速度分量大概是0.7倍(cos45)的总速度。如果帆船船速能达到4被风速,那么帆船风向上的速度分量不就到了2.8倍嘛。

现在,经典的来了,如果把海面想象成一个圆筒形的,那么这样帆船风向上的速度分量不就轻松超过风速了么。但是这不符合题目要求—沿着风向运动的物体啊,看下图

现在假设有两个帆船,沿着这个圆柱的大海前进。这个像什么?螺旋桨!这个螺旋桨做为一个整体的话那不就满足沿风向运动了嘛。现在把螺旋桨放在车上。

这个车,其实和猛地看上去的不一样,他的轮子是连着螺旋桨的,也就是说风先推动小车往前走,然后螺旋桨轮子驱动螺旋桨转动,像一个大电扇一样往后吹风,因此超过原有风速。车主还创下了世界纪录,车速最快为风速的2.8倍。见上图车前的小飘带,刚开车的时候由于风是从后往前所以飘带向前飘,后来随着加速飘带变为垂向下,说明车速与风速相当,上面截图是飘带向后飘,证明车速已经超过风速。

下车原理如下所示

相当于电扇后面的的风速收到电扇影响,是小于整体风速的,因此小车才可能沿着风跑的比风速还快。

有条件的可以看下原视频,视频理解更容易,讲的很好。

最后补充一个本专业的反常现象 在特定动力荷载(爆炸冲击)情况下,使用牺牲类防护结构(如汽车防撞吸能盒,泡沫类头盔,防爆吸能层,公路吸能装置等),是有可能起到反作用,有时甚至比不用这些吸能防护结构的受损更大。也就是说有可能不用防护结构时的伤害更小。这个要根据吸能总量,荷载的类型以及冲量能量等定量分析。

欢迎咨询结构防护,爆炸冲击,折纸结构,潜水皮划艇等。另,招收土木防灾减灾硕士研究生。