- 我的第一本趣味物理书2
- 古青
- 1676字
- 2021-05-31 12:37:13
踢飞的足球为什么会拐弯
春天到了,万物复苏,孩子们也喜欢户外运动了。
这天,星星找了几个同学在小区后面的球场上踢球。十几分钟后,几个人一头大汗,直接躺在球场上休息起来,大家看着天空,有着各自的想法。
过了会儿,星星突然问:“问你们个问题,你说为什么我们踢球时,球是直线运动的,但是足球被踢起来时就会转弯呢?”星星惊奇地问。
“是啊,我也纳闷儿呢,照说应该和地面上一样啊。”另外一个小伙伴说。
“这你们就不知道了吧,这是因为空气流速和压强的关系,导致了足球在高速运转时的方向偏离。”另外一个小伙伴回答,这一专业回答让星星惊得目瞪口呆。
足球比赛场上,有时球员踢出去的足球在空中划过一条弧线,这是由于足球高速旋转的缘故。假设足球离开脚后顺时针旋转,带动周围空气同方向旋转,足球向前运动时,空气相对足球向后运动。由于足球带动空气顺时针转动,则足球左侧的空气流速小于右侧的空气流速;由于流速小的地方压强大,因此足球左侧的压强比右侧的压强大;足球左侧受到的压力比右侧受到的压力大,气体对足球的合力的方向向右。如果足球离开脚后是逆时针转,则足球左侧的空气流速大于右侧的空气流速,足球左侧受到的压力比右侧受到的压力小,气体对足球的合力的方向向左。
弧旋球又称“弧线球”“香蕉球”,是足球运动中的技术名词(英语banana ball)。指运动员运用脚法,踢出球后并使球在空中向前作弧线运行的踢球技术。弧线球常用于攻方在对方禁区附近获得直接任意球时,利用其弧线运行状态,避开人墙直接射门得分。
这里,我们要提到气压这一物理知识,大气具有重量,并且向我们施加压力,这是一件非常简单并且似乎显而易见的现象。然而,人们却感觉不到。气压已经成为你生活中的一部分,所以你意识不到它。早期的科学家也是这样,他们从来都没有考虑到空气和大气层有重量。
气压是作用在单位面积上的大气压力,即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。著名的马德堡半球实验证明了它的存在。气压的国际制单位是帕斯卡,简称帕,符号是Pa。
托里拆利的发现是正式研究天气和大气的开端,让我们开始了解大气层,为牛顿和其他科学家研究重力奠定了基础。
气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关,一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变化。一年之中,冬季比夏季气压高。一天中,气压有一个最高值、一个最低值,分别出现在9~10时和15~16时,还有一个次高值和一个次低值,分别出现在21~22时和3~4时。气压日变化幅度较小,一般为0.1~0.4千帕,并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切,因而是重要气象因子。通常所用的气压单位有帕(Pa)、毫米水银柱高(mmHg)、毫巴(mb)。它们之间的换算关系为:100帕=1毫巴≈3/4毫米水银柱高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、气压计。温度为0℃时760毫米垂直水银柱高的压力,标准大气压最先由意大利科学家托里拆利测出。
在三个世纪以前,德国的马德堡市曾公开做了一个实验,市长——发明抽气机的奥托·格里克将两个直径为37厘米的空心铜半球合起来,使之密不漏气,然后用抽气机把铜球里的空气抽掉。在每个半球的环上各拴上四匹壮马同时向相反方向拉,两个半球无法分开。最后,用了20匹大马,随着一声巨响铜球才一分为二。
这就是著名的马德堡半球实验。该实验说明,空气不仅是有压力的,而且这个压力还很大。一个成年人的身体表面积平均为2平方米,他全身所受的大气压力为20万牛顿。
气压即大气压强。空气是有重量的,气压是指大气施加于单位面积上的力。所谓某地的气压,就是指该地单位面积垂直向上延伸到大气层顶的空气柱的总重量。
气象上常用百帕做为气压的度量单位。具体是这样规定的:把温度为0℃、纬度为45度的海平面作为标准情况时的气压,称为1个大气压,其值为760毫米水银柱高,或相当于1013.25百帕。
物理知识小链接
气体的流速,是用单位时间内通过柱子或检测器的气体体积大小来表示的,常用单位是毫升/分。测量气体流速的方法很多,在气相色谱中,由于气体流速较小,载气流速为20~150ml/分,空气流速为200~1000ml/分。气体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。