風力和空氣阻力可否同時存在

【摘要】風力和空氣阻力是日常生活中普遍存在的空氣對宏觀物體的作用力，但在對具體物體的受力分析時，學生往往又容易把二者混淆，搞不清楚二者是否可以同時存在？本文從具體實例出發，分析了空氣對物體作用力的兩種效果，總結出風力和空氣阻力本質上是空氣對物體作用力產生的兩種動力學效果的不同表現。

【關鍵詞】風力；空氣阻力；動力學效果

先讓我們從一個具體問題談起：

在上述問題中，跳傘員在空中的下落運動可以運用運動合成與分解的方法進行研究。

在水平方向上，一開始受到空氣作用的風力從靜止開始作加速運動，隨著其水平速度的增加，空氣相對跳傘員的速度減小，因而風力隨之逐漸減小，當跳傘員的水平速度增大到與風速相同時，風力就消失了，這時跳傘員在水平方向速度達到最大，此后隨風一起勻速運動，跳傘員和空氣在水平方向相對靜止。

在豎直方向上，跳傘員一開始受到重力作用從靜止開始加速運動，隨著下落速度的增加，空氣阻力隨之增大，當空氣阻力增大到和重力相等時，豎直方向的速度也達到最大，最終也變成勻速運動。

可見，跳傘員最終相對地面的速度是斜向下的，但相對空氣的速度是豎直向下的，因而最終只受重力和空氣阻力，并且空氣阻力f的大小與其相對空氣的速度vy有關，由題意有f=kvy2，f的方向應也應與豎直速度vy相反，即豎直向上。

通過以上分析，我們清楚看到，上述問題的第一種解法顯然是錯誤的，其根本原因是沒有認識到跳傘員最終只在豎直方向受到空氣的阻力，而水平風力不存在了。

可見風力和空氣阻力本質上是沒有區別的，只不過是空氣對物體作用兩種不同動力學效果的具體表現，如果同一方向空氣流速（風速）大于物體運動速度，空氣作用力將使物體加速，表現為動力（就是我們通常所說的風力）；反之如果同一方向空氣流速（風速）小于物體運動速度，空氣作用力將使物體減速，表現為阻力（就是通常所說的空氣阻力）。所以在同一方向上空氣阻力和風力是不可能同時存在的，并且當風力推動物體運動時，在風力方向上隨著物體速度的增加，風力會逐漸減小，最終風力將消失。

【作者簡介】

楊周林（1962年9月生），男，漢族，陜西寶雞人，陜西師范大學物理學專業本科畢業，中學高級教師，任教蘇州大學附屬中學，專注高中物理教學研究，現任江蘇對口援疆支教克州二中物理教師。