由神奇的“香蕉球”說開去

吳鳳英

看足球比賽時，你可能見過這種場面：在靠近對方球門發直接任意球時，守方球員五六個人排成“一”字“人墻”，企圖擋住攻入球門的路線，此時攻方的主罰球員把球放正位置，然后起腳一記猛射，眼看足球就要繞過“人墻”偏離球門飛出界外，但轉眼間球又轉過彎來直撲球門，守門員想要起步撲球卻為時已晚.球早已應聲人網了.這就是頗為神奇的“香蕉球”，因為足球的運動路線是弧形的，像香蕉形狀，因此以“香蕉球”得名，英國球星貝克漢姆就是一位善踢“香蕉球”的能手.他主罰任意球時，往往使出“香蕉球”的絕招，使對方守門員望球興嘆、防不勝防.他是不是有什么神奇的魔法？不，他不是靠魔法，而是靠科學，學習了流體壓強和流速的關系后，你自然能夠解釋這種神奇的現象了.

區分流體靜止時與流動時的壓強

在學習了固體壓強、液體壓強和大氣壓強后.我們遇到了這樣的問題：若是液體或氣體流動起來.它們產生的壓強會和靜止時有什么不同嗎？我們先來看看下面幾個實驗，

實驗1：將一張薄紙的一端靠近嘴唇，另一端自然下垂，沿紙的上方水平吹氣，如圖1，可以看到紙片也隨著飄了起來，

實驗2：取一玻璃漏斗，開口朝下豎直放置，將一個乒乓球放進漏斗的喇叭口中，用嘴從漏斗的頸部向下吹氣，如圖2所示，可以觀察到乒乓球并未掉下來，而是被吸在玻璃漏斗的喇叭口內.

實驗3：把一枚鋁質硬幣放在桌面上，沿著硬幣上方與桌面平行的方向吹一口氣.如圖3.可以看到鋁質硬幣跳了起來.

為什么會出現以上現象？原來紙面、乒乓球和鋁質硬幣上方的空氣一旦流動起來，空氣的氣壓會發生變化.即紙面、乒乓球和鋁質硬幣上、下兩方的壓強不再平衡，于是出現了紙片飄起、乒乓球不落下和鋁質硬幣跳起的現象.在進行流動液體的實驗時，也可以發現當流體流動起來，流體的壓強會發生變化的現象.

大量的實驗表明：在氣體和液體（統稱流體）中，流速越大的位置，壓強越小；流速越小的位置，壓強越大.

例1小華探究氣體壓強與流速關系的實驗裝置如圖4甲所示，其中兩端開口的U形管中有適量的水.U形管的左端通過橡皮管與玻璃管側壁管口相連通.小華用電吹風機向玻璃管中吹風.玻璃管內C點的氣體壓強為p，，U形管內液面高度差如圖4乙所示；改變風速后，玻璃管內C點的氣體壓強為p：，U形管內液面高度差如圖4丙所示.根據上述實驗現象可知p1___p2，第一次通過C點的風速____第二次通過C點的風速.（均填“大于”“等于”或“小于”）

解析：U形管中裝有適量的水，當兩管都開口時.根據連通器原理，兩管的液面相平.U形管的左端通過橡皮管與玻璃管側壁管口相連通.用電吹風機向玻璃管中吹風.使通過C點的空氣流速變大，則連通器左管中的空氣壓強變小，小于右管中的空氣壓強，使得左管中的液面上升，右管中的液面下降，形成液面高度差.兩管的液面高度差越大，表明C點的氣體壓強越小，通過C點的風速越大.比較圖4乙、丙可知，p1小于p2，第一次通過C點的風速大于第二次通過C點的風速.

答案：小于大于

運用流體壓強和流速的關系解釋現象

1.揭秘“香蕉球”

要踢出“香蕉球”.運動員觸球的一剎那的腳法是要使球向前的，而且要使球急速旋轉起來，當球邊旋轉邊高速飛行時，兩側的空氣壓強并不相等，例如踢出向左前方運動的“香蕉球”，如圖5所示.球員用右腳內側踢球的右側，使得球逆時針方向旋轉著向前飛去，此時.空氣相對于球是向后流動的，球左邊的空氣流速比較快，大氣壓強變小.而球右邊的空氣流速較慢，大氣壓強相對于左邊的較大，氣壓將球向左推進.球旋轉的方向不同，球運行路線的轉向就不同.其實，在乒乓球、排球、網球比賽中，都可以利用旋轉技術創造出各種飄忽不定、神秘莫測的“怪”球，如乒乓球中的弧圈球、排球中的飄球等都是根據這個原理創造出來的.

2.火車站站臺前的安全線

坐過火車的人都知道，站臺前都畫有一條安全線.入要站在安全線以外才行，這是因為火車高速運動時，人與火車之間的空氣流速大，壓強小，而人外側的空氣流速沒有變化，壓強不變，這樣在人體的內外兩側就產生了壓強差，如果人站在安全線以內，靠火車太近，這個朝向火車的壓強差會把人推向火車，釀成事故.

3.飛機是如何上天的

你有沒有注意飛機機翼截面的形狀？它是上方凸起、下方較平的.當飛機向前飛行時，機翼劃過空氣，氣流被機翼分成上下兩部分，由于機翼截面的形狀上下不對稱，在相同時間內，機翼上方氣流通過的路程較長，因而速度較大，空氣對機翼上方的壓強較小；下方氣流通過的路程較短，因而速度較小，空氣對機翼下方的壓強較大.這樣，會在機翼上下表面產生壓強差，使飛機受到向上的升力.

4.草原犬鼠的空調系統

圖6是非洲草原犬鼠洞穴的縱截面示意圖.犬鼠的洞穴有兩個出口，一個是平的.而另一個則有隆起的土堆.生物學家不是很清楚其中的原因，他們猜想：草原犬鼠把其中一個洞口堆成土包狀.是為了建一處視野開闊的瞭望臺，但是如果這一假設成立的話，它為什么不在兩個洞口都堆上土包呢？原來，草原犬鼠在建洞口時運用了流體壓強與流速的關系：當有空氣流過洞口時，有隆起土堆的洞口上方氣流速度大，使該洞口附近的氣壓降低，而沒有土堆的洞口上方氣流速度小，洞口附近的氣壓較高.氣體會從沒有土堆的洞口流進，從有土堆的洞口流出.使得地面上的風被“吸”進了犬鼠的洞穴，給犬鼠帶去習習涼風.如圖7所示，看來草原犬鼠還是很聰明的喔！

例2秋天，樹葉落在路面上，當一輛高速行駛的汽車駛過時，路旁的樹葉會（）.

A.從路旁吸向汽車 B.從路中間飛向路旁

C.不受影響

D.只向上飛揚

解析：由流體壓強和流速的關系可知，流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大.當一輛汽車高速行駛過路面時，汽車周圍的空氣被汽車帶動，空氣流速增大，壓強減小，而離汽車較遠地方的空氣流速小，壓強大，由于壓強差的存在，導致路面的落葉被吸向汽車.

答案：A

例3詩人杜甫在《茅屋為秋風所破歌》中寫到：“八月秋高風怒號，卷我屋上三重茅.”也曾有報道說，某地發生龍卷風.將很多人家的屋頂掀飛.但人們發現了一個奇怪的現象：凡是龍卷風發生前將門窗關嚴后再撤離的人家大部分屋頂都被掀飛了，而走得匆忙忘記關門窗的人家屋頂大都保存了下來，為什么會發生這種現象？

解析：當龍卷風從屋頂快速刮過時，屋頂上方的空氣流動加快，氣體壓強變小，關嚴門窗后，會使屋內的壓強大于屋外的壓強，巨大的壓強差使屋頂被掀開了.如果門窗沒關，風從屋頂和屋內同時通過，屋內外大氣壓強相等.屋頂就不會被掀開，

答案：見解析.endprint