古今“飞行” 从物理的角度展望 5110729045蒋金生 幻想时代 远古时代的人类可以在山间行走，可以在平原奔驰，可 以在水中遨游，但是那旷远无际的天空似乎是人类无法涉足 的世界。“虽不能至，然心向往之”。这深深的愿望便反映在 了古代的神话故事之中。古代中国有嫦娥偷食不死药后奔月 之故事，古希腊有代达罗斯用蜡和羽 毛制翅膀，与其儿子一同逃离克里特 岛。可惜两个几乎完全不同的故事却 都各有着一个悲惨的结局。嫦娥奔月 后只能在月宫中与玉兔相伴，孤独终 生，而代达罗斯的儿子因飞向了太阳 而使翅膀中的蜡熔化，最终摔死。可 见古代的人们虽然渴望飞上蓝天，但是 似乎又对这一行为充满了畏惧。这一时期，飞行只存在于人们的幻想 之中，与物理的关系近乎为零。但随着时间的流逝，人们向着“翱翔 天际”迈出了前进的步伐。 随风而动 工业革命开始前，把一个人带上天空似乎有着不可逾越的难度，但是让一个物体上天却 是有可能的。这一时期最为人们所熟知的会“飞行”的物体莫过于三种：竹蜻蜓，风筝，孔 明灯。物理也开始发挥它的作用。首先介绍竹蜻蜓。它 是谁发明的？最早见于哪本书的记载中？对不起，这一 部分请自行查阅科学史，本文是“从物理的角度展望”。 那么竹蜻蜓的工作原理是什么呢？它的主要原理是叶片 与叶片的旋转面间有一定的夹角。当竹蜻蜓转动时，叶 片会将空气向下压，而空气也会同时给叶片一个向上的作 用力，于此同时空气也会使竹蜻蜓转得慢些，最终停止。就像一个人穿着旱冰鞋推墙壁，人 会离开墙壁一样。不过此时空气是墙壁，竹蜻蜓则是人。可是风 筝在空中可以不转动的停留很久，这又是为什么呢？因为风筝利 用了外界的风。它与风形成一个夹角，当风吹过它时，它将空气 向下压，空气就把它抬了起来。但是单是 还是不够的，为了不让风筝被吹走，还得 有根线拉着它。至于孔明灯的原理这与之 前的两个东西有着质的不同。孔明灯最重 要的便是那个“灯”了。“灯”加热空气，灯上那个罩子一样的东西 把热空气装起来。因为热空气比普通的空气轻，孔明灯又不重，因此 可借着空气的浮力飞在空中。 虽然人们离天空进了一步，但是这一进步并不明显。竹蜻蜓，风
古今“飞行” ——从物理的角度展望 5110729045 蒋金生 幻想时代 远古时代的人类可以在山间行走，可以在平原奔驰，可 以在水中遨游，但是那旷远无际的天空似乎是人类无法涉足 的世界。“虽不能至，然心向往之”。这深深的愿望便反映在 了古代的神话故事之中。古代中国有嫦娥偷食不死药后奔月 之故事，古希腊有代达罗斯用蜡和羽 毛制翅膀，与其儿子一同逃离克里特 岛。可惜两个几乎完全不同的故事却 都各有着一个悲惨的结局。嫦娥奔月 后只能在月宫中与玉兔相伴，孤独终 生，而代达罗斯的儿子因飞向了太阳 而使翅膀中的蜡熔化，最终摔死。可 见古代的人们虽然渴望飞上蓝天，但是 似乎又对这一行为充满了畏惧。这一时期，飞行只存在于人们的幻想 之中，与物理的关系近乎为零。但随着时间的流逝，人们向着“翱翔 天际”迈出了前进的步伐。 随风而动 工业革命开始前，把一个人带上天空似乎有着不可逾越的难度，但是让一个物体上天却 是有可能的。这一时期最为人们所熟知的会“飞行”的物体莫过于三种：竹蜻蜓，风筝，孔 明灯。物理也开始发挥它的作用。首先介绍竹蜻蜓。它 是谁发明的？最早见于哪本书的记载中？对不起，这一 部分请自行查阅科学史，本文是“从物理的角度展望”。 那么竹蜻蜓的工作原理是什么呢？它的主要原理是叶片 与叶片的旋转面间有一定的夹角。当竹蜻蜓转动时，叶 片会将空气向下压，而空气也会同时给叶片一个向上的作 用力，于此同时空气也会使竹蜻蜓转得慢些，最终停止。就像一个人穿着旱冰鞋推墙壁，人 会离开墙壁一样。不过此时空气是墙壁，竹蜻蜓则是人。可是风 筝在空中可以不转动的停留很久，这又是为什么呢？因为风筝利 用了外界的风。它与风形成一个夹角，当风吹过它时，它将空气 向下压，空气就把它抬了起来。但是单是 还是不够的，为了不让风筝被吹走，还得 有根线拉着它。至于孔明灯的原理这与之 前的两个东西有着质的不同。孔明灯最重 要的便是那个“灯”了。“灯”加热空气，灯上那个罩子一样的东西 把热空气装起来。因为热空气比普通的空气轻，孔明灯又不重，因此 可借着空气的浮力飞在空中。 虽然人们离天空进了一步，但是这一进步并不明显。竹蜻蜓，风
筝，孔明灯均有着巨大的缺陷。竹蜻蜓没有动力，飞不高：如果没有风，风筝飞不了：孔明 灯有动力，什么时候都可以飞起来，可惜只能随风飘动，飘到哪谁都别想提前知道。不过这 是一个很好的开始，人们将继续努力，而科技进步的舞台也将从东方移到西方。 翱翔天空 在新的物理知识，新的工程技术的基础下，人们取得了巨 大的进步。热气球，固定翼飞机，直升机相继登上舞台，它们 又包含了什么物理原理呢？热气球，原理其实就是一个巨大的 孔明灯，但是却包含了工程技术 上的剧变，在此不多说。固定翼 飞机，它的原理可就复杂了。在 说明之前，先说个关键的定理一一伯努利定理。伯努利定理指 的是空气（也可以是其他可以流动的东西）在流动速度快的地 方，压强小，流动速度小的地方，压 强大。固定翼飞机的机翼如图所示， 在机翼的上表面空气的流动速度快，而在机翼下面的空气流动速度慢，因此机翼下方压强大， 上方压强小，这个压力差使得飞机可以停留在空中或上升。固定翼飞机有着不同的动力源， 有的甚至没有动力，不同的材料，不同的速度，基本原理却万变不离其宗。至于直升机，则 是在一个大竹蜻蜓上加了个动力源和一个方向不同的小竹蜻蜓。基本的物理原理没发生多大 的变化。 这一时期，热气球，固定翼飞机，直升机的基本物 理原理没变并不意味着它们没有什么太大的变化。于此 相反，更多的物理知识和工程技术的加入使得它们日新 月异。例如固定翼飞机，早期的固定翼飞机，使用活塞 发动机，功率小，因此速度慢，为了有足够的升力，经 常使用两重甚至三重机翼，只能带几个人，几百千克的 货物。现代的固定翼飞机，使用喷气发动机，最快可达到3倍音速，基本只用单翼，最多可 载八百多人，250吨货物。二者已经不可同日而语。 人们己经实现在大气层中遨游了，而大气层之外的世界也己进入人们的眼中。 探索太空 太空中空气非常稀薄，基本可以忽略，因此之前 的飞行器全部无效。但随着新的物理知识和工程技术 的诞生，新的飞行器登上了舞台，如火箭，航天飞机， 太空飞船。名字虽多，但原理却惊人的一致。主要原 理均为通过化学反应，产生高温高压的气体，将这些 气体向后排出，这些气体便会对飞行器有一个向前的 作用力。新的原理如太阳帆等还在研究中，还未到 大规模推广的时代。 目前人们“飞行”的范围还局限在太阳系，但随着科学技术的发展，人们必将离开太阳 系，在更广阔的世界中“飞行”。 (图片均选自百度百科)
筝，孔明灯均有着巨大的缺陷。竹蜻蜓没有动力，飞不高；如果没有风，风筝飞不了；孔明 灯有动力，什么时候都可以飞起来，可惜只能随风飘动，飘到哪谁都别想提前知道。不过这 是一个很好的开始，人们将继续努力，而科技进步的舞台也将从东方移到西方。 翱翔天空 在新的物理知识，新的工程技术的基础下，人们取得了巨 大的进步。热气球，固定翼飞机，直升机相继登上舞台，它们 又包含了什么物理原理呢？热气球，原理其实就是一个巨大的 孔明灯，但是却包含了工程技术 上的剧变，在此不多说。固定翼 飞机，它的原理可就复杂了。在 说明之前，先说个关键的定理——伯努利定理。伯努利定理指 的是空气（也可以是其他可以流动的东西）在流动速度快的地 方，压强小，流动速度小的地方，压 强大。固定翼飞机的机翼如图所示， 在机翼的上表面空气的流动速度快，而在机翼下面的空气流动速度慢，因此机翼下方压强大， 上方压强小，这个压力差使得飞机可以停留在空中或上升。固定翼飞机有着不同的动力源， 有的甚至没有动力，不同的材料，不同的速度，基本原理却万变不离其宗。至于直升机，则 是在一个大竹蜻蜓上加了个动力源和一个方向不同的小竹蜻蜓。基本的物理原理没发生多大 的变化。 这一时期，热气球，固定翼飞机，直升机的基本物 理原理没变并不意味着它们没有什么太大的变化。于此 相反，更多的物理知识和工程技术的加入使得它们日新 月异。例如固定翼飞机，早期的固定翼飞机，使用活塞 发动机，功率小，因此速度慢，为了有足够的升力，经 常使用两重甚至三重机翼，只能带几个人，几百千克的 货物。现代的固定翼飞机，使用喷气发动机，最快可达到 3 倍音速，基本只用单翼，最多可 载八百多人，250 吨货物。二者已经不可同日而语。 人们已经实现在大气层中遨游了，而大气层之外的世界也已进入人们的眼中。 探索太空 太空中空气非常稀薄，基本可以忽略，因此之前 的飞行器全部无效。但随着新的物理知识和工程技术 的诞生，新的飞行器登上了舞台，如火箭，航天飞机， 太空飞船。名字虽多，但原理却惊人的一致。主要原 理均为通过化学反应，产生高温高压的气体，将这些 气体向后排出，这些气体便会对飞行器有一个向前的 作用力。新的原理如太阳帆等还在研究中，还未到 大规模推广的时代。 目前人们“飞行”的范围还局限在太阳系，但随着科学技术的发展，人们必将离开太阳 系，在更广阔的世界中“飞行”。 （图片均选自百度百科）