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用伯努利方程解釋香蕉球原理 如何解釋香蕉球原理

生活百科附面層

第13屆豐田杯足球賽決賽時有一個精彩鏡頭：巴西著名球星蘇格拉底的弟弟拉易以似左而右的一記“香蕉球”踢進了世界級門將比塞萊塔把守的龍門，使圣保羅隊戰勝巴塞羅那隊而捧得豐田杯 。“香蕉球”的最大特點是，走向撲朔迷離，弧度變化莫測，即使最有經驗的門將也難以捕捉到它 。所以在重大的足球比賽中，“香蕉球”往往能置對手于死地 。
香蕉球分析圖
“香蕉球”原理，是德國科學家馬格努斯首先發現的，故稱為“馬格努斯效應”，簡稱“馬氏效應” 。我們可以從流體動力學的觀點來進行解釋：當球旋轉時，與它直接接觸的那部分流體會被帶動著一起旋轉，并會相繼帶動相鄰的流體產生同樣的影響 。于是，在球體周圍就會產生一個跟它一起旋轉的附面層 。在上頁圖中，箭頭A和B分別代表球體及其附面層的旋轉方向 。
【用伯努利方程解釋香蕉球原理 如何解釋香蕉球原理】球左邊附面層中的空氣，方向與氣流方向相同，而在另一側，方向則相反 。這樣，附面層與氣流運動方向的差異，就會導致球體兩邊氣壓的不同 。在右側，即附面層的空氣與氣流方向相反的一邊，由于流速降低，而形成一個高壓區域 。在左側，因附面層的空氣與氣流方向相同，流速增大，從而產生一個低壓區 。球兩側壓差所產生的結果是，球受到一個從右向左方向的合力作用，故使球偏離直線路徑而沿曲線軌道飛行 。
那么，流體動力學是一門什么學問？又是怎么建立起來的呢？
流體動力學是流體力學的一門子學科，研究的對象是運動中的流體（流體指液體和氣體）的狀態與規律 。
流體動力學這門科學起源于古代中國、埃及、美索不達米亞和印度，它是隨著水利灌溉和舟船航行的需要而出現的 。雖然這些文明之邦都諳熟河道水流的本質，但尚無根據說明他們曾經提出過什么定量、規律以指導其工作 。
直到公元前250年，阿基米德發現并記載了有關水靜力學及浮力方向的一些定理 。盡管水動力學方面的實際知識始終不斷地促使人們改進并推動流體機械的發展，造出更好的帆船，建成日益錯綜復雜的運河水系，然而作為經典水動力學方面的一些基本定理，等到17、18世紀時才開始建立起來 。牛頓、丹尼爾·伯努利、列昂納德·歐拉都曾為建立這些定理作出過巨大的貢獻 。

20世紀以來，現代工業發展突飛猛進，新技術不斷涌現，現代流體動力學獲得飛速發展，并滲透到現代工農業生產的各個領域，例如在航空航天工業、造船工業、電力工業、水資源利用、水利工程、核能工業、機械工業、冶金工業、化學工業、采礦工業、石油工業、環境保護、交通運輸和生物醫學等廣泛領域，都應用到現代流體動力學的有關知識 。
【科學小鏈接】
“馬氏效應”的其他應用
一些善打高爾夫球的高手們也很會利用馬氏效應為其幫忙 。他們往往會打出一種非常漂亮的后旋球，使球的下方形成一個高壓區，讓球受到一個向上的升力，從而延長球的飛行時間 。網球運動員和乒乓球運動員打上旋球所產生的“馬氏效應”結果與此完全相反 。這時，合壓力向下作用，因而縮短了球的飛行時間，對手回球時間也就隨之縮短，常常迫使對手于奔跑中倉促回球，造成失誤 。這就是運動員廣泛采用上旋球作為進攻性打法的力學依據 。

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