飞机为什么能飞?你大概听过一个解释:机翼上表面比较弯,空气要走更长的路。所以上表面的气流速度更快,压强更低,飞机就被托起来了。这个解释是错的。
第一,上下表面的气流并不会同时到达后缘。第二,机翼即使上下表面一样长,只要有个夹角,照样能产生升力。所以问题不在谁走得快,在空气被推向了哪里。正确的说法其实很朴素。
机翼把流过的空气整体向下推。根据牛顿第三定律,空气把机翼向上推。这个向上的力,就是升力。所以关键在这个夹角,也就是机翼和气流之间的角度。
夹角越大,向下推的空气越多,升力越大。但这个夹角也有上限。超过临界角度,气流会在上表面分离,升力突然消失。这就是失速。
我们来算一下数字。波音七四七的起飞重量大约三百吨,也就是三百万牛顿。机翼面积五百一十平方米。巡航高度十公里,那里的空气密度只有地面的三分之一。
速度二百五十米每秒。把这些代进升力公式,需要的升力系数大约是零点五。这是一个很普通的数字,说明设计得刚刚好。那被推下去的空气有多少呢?
每秒钟流经机翼的空气大约五万吨。这些空气被向下偏折,带来的反作用力和升力是同一个量级。数字对得上。所以飞机能飞,靠的是把空气往下推。
不是靠上表面更长,也不是靠伯努利原理本身。伯努利方程是对的,它只是描述了压强和速度的关系。它不是升力的原因,而是同一件事的另一面。你在家就可以做一个小实验。
拿一张纸,捏住一边,对着它的上表面吹气。纸片会升起来。这里的解释确实是伯努利:上方气流快,压强低,下面的空气把纸片顶上去。但机翼不一样,机翼靠的是把空气整体推下去。
所以下次坐飞机,你可以想一下:那三百万牛顿,是空气被推下去的代价。想聊的在评论区说说。