為什么哈氣暖而吹氣涼？

一個周末的早上，在美國工作的樊金突發(fā)奇想，在大學(xué)同學(xué)微信群里發(fā)問：“為何用嘴吹氣的時候，說Ha時吹出的是熱氣，說Fu時吹出的是涼氣，誰能告訴我為什么啊？”這個看似簡單的問題，可是難倒了大家，有的說這是“體內(nèi)氣和體外氣的區(qū)別”，有的說“Ha的時候氣流速度慢，熱散失少”，還有的說“控制嘴的開口大小和氣體噴出速度，手的感覺就一樣了”……

很有趣的話題吧，這到底是怎么回事呢，請看哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系教授呂喆發(fā)表在《中國科學(xué)報》上的回答——

這種現(xiàn)象很常見，也容易試驗(yàn)。

我們先從發(fā)聲時的口形來分析。在發(fā)出不同的元音時，口形是明顯不同的。雖然發(fā)音的時候都要呼出一口氣，但是在發(fā)出Ha等音時嘴唇是大大張開的，而在發(fā)出Fu等音時，嘴唇只張開比較小的幅度。這樣一來，發(fā)出的聲音不一樣，而且即使從肺部呼出的空氣量完全相同，空氣從口腔呼出時的溫度都和體溫一樣，到達(dá)手心時的冷熱效果卻也可以完全不同。

發(fā)a音時，口形截面積是10平方厘米，這樣帶著體溫的氣體在從口唇呼出時是一個流動速度比較慢、但截面積很大的暖氣團(tuán)。由于它的運(yùn)動速度緩慢，雷諾數(shù)較低（該數(shù)越小意味著黏性力影響越顯著），因此邊緣區(qū)可能保持類似于層流的狀態(tài)，氣團(tuán)與外部空氣之間主要以氣體熱傳導(dǎo)的方式換熱，因此氣團(tuán)內(nèi)部溫度下降比較緩慢，所以在到達(dá)離嘴十幾厘米的手心時仍保持較高的溫度，所以這時會產(chǎn)生手心暖的感覺。

再說說比“哈氣暖”更復(fù)雜的現(xiàn)象——吹氣涼。

發(fā)出u音時，口形收縮得比較小（橫截面積可能不足0.1平方厘米），從嘴里吹出來的氣體雖然仍帶著體溫，但氣流速度遠(yuǎn)高于哈氣的速度。而且這個氣團(tuán)在空間上是一個狹長的氣柱，氣柱的表面積遠(yuǎn)大于哈氣團(tuán)。同時，由于吹氣速度遠(yuǎn)大于哈氣速度，吹出氣柱的直徑又遠(yuǎn)小于哈氣團(tuán)的直徑，在黏度、密度及溫度等氣體參量基本保持不變的情況下，吹氣的雷諾數(shù)將遠(yuǎn)大于哈氣。因此，吹氣將處于湍流狀態(tài)，在氣柱與周圍環(huán)境空氣接觸界面處，不再僅以簡單的空氣傳導(dǎo)方式發(fā)生熱交換，而會不斷有較冷空氣混入氣柱之中，使氣柱的溫度迅速下降，使得到達(dá)離嘴十幾厘米遠(yuǎn)的手心時，溫度基本降至環(huán)境溫度。

但是，這仍不足以徹底解釋“吹氣涼”的現(xiàn)象。當(dāng)人通過嘴唇向手掌心吹氣時，流向掌心的其實(shí)并不只有從嘴吹出來的空氣及與之完成混合的環(huán)境空氣，應(yīng)該還有由于氣體黏滯效應(yīng)而被高速流動的氣流拖曳著流向手心的周圍空氣。這就造成了較大流量、較高速度的氣流沖擊手心后向周圍散開，結(jié)果自然會帶走手心更多的熱量，因此會感覺手心更涼。