鳥爲什麼會飛起來?——聊聊飛行原理

人類,無論是中國還是外國,都有不少神話傳說,這些神話傳說一個共同的特點是:都夢想著飛行。人們暢想著像鳥兒一樣有翅膀飛行在天空、像古代神話一樣騰雲駕霧。


鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理


伊卡洛斯是希臘神話中代達羅斯的兒子,與代達羅斯使用蠟和羽毛造的翼逃離克里特島時,他因飛得太高,雙翼上的蠟遭太陽融化跌落水中喪生,被埋葬在一個海島上。為了紀念伊卡洛斯,埋葬伊卡洛斯的海島命名為伊卡利亞。代達羅斯收集整理大大小小的羽毛,把最小最短的羽毛拼成長毛,看上去像天生的一般,他把羽毛用麻線在中間捆住,在末端用臘封牢。最後,把羽毛微微彎曲,看起來完全像鳥翼一樣。他也給伊卡洛斯做了一對小羽翼。"你要當心,必須在半空中飛行。你如果飛得太低,羽翼會碰到海水,沾溼了會變得沉重,你就會被拽在大海里;要是飛得太高,翅膀上的蠟會因靠近太陽而融化。"父親飛在前頭,他像帶著初次出巢的雛鳥飛行的老鳥一樣,小心地扇著翅膀,不時地回過頭來,看兒子飛行得怎樣。伊卡洛斯興高采烈,他感到飛行很輕快,不由得驕傲起來。於是,他操縱著羽翼朝高空飛去,可是懲罰也終於來了!太陽強烈的陽光融化了封蠟,用蠟封在一起的羽毛開始鬆動。伊卡洛斯還沒有發現,羽翼已經完全散開,從他的雙肩上滾落下去。

正如神話中對於翅膀的崇拜,在飛行嘗試中,鳥類的翅膀一直被人們執著地模仿著。因此在飛機誕生前的漫長曆史裡,我們看到人們從人力撲翼到動力撲翼的不斷努力。雖然這些努力大都以某種壯烈的方式失敗了。


鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理


公元875年,有一位叫阿巴斯費爾納斯的物理學家將周身貼滿羽毛,身上綁著一對大翅膀,在公眾面前進行了一次飛行表演,據記載他在空中不斷撲動翅膀,但飛了一段時間後墜地重傷。這位冒險家後來說,他失敗的原因是沒有像鳥一樣裝上一個尾巴。在中國人們也在用生命嘗試著飛行。據說東漢王莽時代,就有人把羽毛紮在身上滑翔數十米,而明、清兩代也有記載有人乘傘從高處下降的事例。後來還有多人綁著各式各樣的翅膀嘗試飛行,但不是摔死就是重傷。有意思的是所有失敗者幾乎都把原因歸咎於“沒有尾巴”,從而有些人就此得出一個結論: 要想能像鳥一樣飛行,必須完全徹底地模仿鳥的全部形態。


鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理


在17世紀的西方, 英國大科學家胡克(胡克定律)從力學角度明確指出,利用人的肌肉是不能實現飛行的,為了實現飛行,還需要新的外部動力。意大利的學者波萊裡通過對鳥及其翅膀的解剖詳細研究後也指出,人類依靠自己的力量進行撲翼飛行是不可能的。於是德國的奧托·李林塔爾利用業餘時間仔細觀察飛鳥在7年的時間裡,他製造出18種不同型號的滑翔機,他操縱這些滑翔機從屋頂或山坡上一次又一次地跳下來。雖然總是一敗塗地,但他卻毫不氣餒,從中積累了寶貴的經驗。後來,他製造出一架有著像鳥一樣略微拱起的機翼的滑翔機,這種機翼比扁平的機翼性能更好。於是他提出了“曲面機翼比平面機翼升力大”的觀點,依次他製成一架蝙蝠狀的弓形翼滑翔機,成功地進行了滑翔飛行,從而肯定了曲面翼的合理性。可是為什麼曲面翼比平面翼升力大呢?


鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理


我們來看一個實驗,兩張紙相互之間有距離,這時對著紙中間吹起,我們發現兩張紙神氣的吸在了一起。這是為什麼呢?我們可以這樣理解,因為中間的空氣流動快,所以相對兩邊的空氣來說中間的空氣就少了,這時候紙兩邊的空氣由於多,氣壓大,就把紙向中間擠過去,靠在一起了。


鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理


這時我們來看看曲面翼在空氣中運動的情況,這時我們發現機翼上面的空氣流動速度快,空氣少了,而下面的空氣流動慢,空氣相對機翼上面的空氣多,於是機翼被托起來了。這種原理就是傳說中的“伯努利原理”,這也是飛機能飛起來原因之一。機翼面積越大,空氣流動的越快,這樣飛機機翼產生的升力也就越大。

鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理


足球裡的香蕉球也是因為這個原理,由於足球在踢出的一瞬間球是旋轉的,所以內側氣流流動快,外側氣流流動慢,導致皮球在空中劃出一個弧線來。再厲害的守門員也沒有辦法防住它。

鳥為什麼會飛起來?——聊聊飛行原理

那麼知道了飛機能飛起來的一個原因就是由於曲面機翼的原因,可是這麼大的飛機,怎麼能讓空氣在機翼上流動的更快呢?我們下次再來聊聊吧。

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