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chengliuyong

金虫 (小有名气)

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[交流] 【交流】困扰了我10年的初中物理问题（飞机升力）

在人教版九年级物理教材92-93上有一段话“飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于有气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上下两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同的时间内，机翼上方气流通过的路程较长，因为速度较大，它对机翼的压强较小；下方气流通过的路程较短，因为速度较小，它对机翼的压强较大。因此在机翼的上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。”
这段话里的“相同的时间内”如何理解啊？是不是说迎面而来的气流被机翼分割成上下两部分，而这两部分会同时到达机翼后面？如果是这样，为什么呢？有些地方解释说“机翼上下表面分别是弧面和平面，所以造成空气流速不同”，姑且不提这句话的逻辑问题，即使这句话没问题，那么这里说的速度不同是指这个矢量的大小不同还是方向不同，还是二者皆不同？
还有的解释是借助水流，比如一条大河在河道宽的地方流速慢，河道窄的地方流速快。拿这种现象来比拟飞机机翼的升力我没有意见，但是这种常见的水流速跟河道宽窄的关系又如何解释呢？
殷切地盼望有理解这方面的老师们给予解释，最好不要字面上经不起问“为什么”的泛泛解释，不管是流体力学还是借助水文地理学，希望有根本上的解释，有定理、公式更好！

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1楼2010-11-29 09:37:04

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PolymerBoy3066

铁杆木虫 (著名写手)

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chengliuyong(金币+5): 2010-12-01 09:02:47

学化学的人，一点鄙见：

我觉得，是拿动能换势能，准确的说，用动能去抵抗地球引力。
你想，机翼的目的，其实就是导流板，用流动的空气制造压力。绝对的来说，飞机飞行中是有很大阻力的，一部分是与升力无关的无效阻力，这部分阻力没有竖直方向上的分类；另一部分阻力就转化为了升力。
举一个例子阐述我的观点：如果在飞行中，在保持恒定推力恒定速度时，飞机的翅膀突然没有了，整体阻力是变小的，所以这一瞬间它在水平方向上是有加速度的（为什么我要强调这一瞬间呢？如果竖直方向上有下降，势能变动能了，就不好阐述了。），而这时候飞机就丧失升力了，而受到的地球重力是不变的，这时飞机则必然下降。

至于升力的产生，机翼上下两面的气压差只是一方面（需要消耗动能），还有就是水平尾翼的操控（也要消耗动能）。要起飞时，得往后拉操纵杆，水平尾翼发生旋转，前沿向下后沿向上，此时飞机的整体风阻是变大的。保持推理不变速度不变的情况下，飞机的海拔上升，但是速度会下降。

思维严谨的人马上会提出，保持推理不变速度不变的情况下，飞机的海拔上升时，势能增加啦，所以速度肯定会下降嗒！和风阻没关！不能说明是用动能换势能。

好，我再举个例子：
保持推理不变速度不变的情况下，飞机侧向翻滚90度，保持姿态，此时操纵水平尾翼，保持旋转角度一定，飞机将在水平方向上做圆周运动，在竖直方向是没有位移，或者说是盘旋吧，自己想象一下。这个时候势能是没有变化的，但是飞机的速度会下降！因为整体风阻变大了嘛

再严谨的人会提出，这个例子无法说明，不能说明问题。我来继续阐述：飞机侧向翻滚90度平飞时，如果不采取任何操控时，是无法保持海拔的。对！此时没有气流用来抬升飞机。但是我们还有垂直尾翼上的方向舵呢！在水平仪指示在90度的姿态是，方向舵可以拿来提供升力以保持在竖直方向上无位移~

我自己经常玩飞行模拟的游戏，所以有些心得。
乱七八糟写了一堆，见笑见笑~

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