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白努利定律—飞机如何飞向青天 白努利, 青天, 定律, 飞机 壹●前言自从人类开始仰望天空，最大的梦想不啻是飞上青天。自从1903 年，莱特兄弟发明飞机，实现了人类自古以来的梦想，飞机便在人类的历史上蓬勃发展。本文将由白努利定律（Bernoulli’s Theorem）深入探讨飞机的发展与飞行原理。贰●正文一、飞机的发展简史01. 达文西达文西是第一位以科学方式研究飞行的人，他了解人类体能与鸟类的差距，所以致力于设计工具以帮助人类飞行，他曾经说过「鸟是依照着数学公式而飞的机器，是人类可以在自己能力范围内複製的。」，为此他设计了靠螺旋桨驱动的直昇机、降落伞?等辅助飞行的工具，1486 年左右，达文西设计利用螺旋原理的垂直起落飞行器，算是今天直昇机的原始雏型，但，囿于当时的科技并不发达，所以达文西并没有成功的製造出让人类足以离开地面飞行的机器，无可否认的是，达文西的研究使得人们对于人类可以飞行的梦想更加的深信不疑。02. 莱特兄弟真正让人类飞上天空的是莱特兄弟。1903 年，莱特兄弟架着「飞行者一号」（Flyer 1）飞离地面，这是人类历史上的辉煌创举，标志着飞行时代的到来，人类数百年以来的梦想终于实现。1906 年起，莱特兄弟为美国军方製造飞机，从此飞机被运用在军事上，人类的航空发展史进入了「机械」的时代。二、飞行原理01.白努利定律一个物体在不可压缩、无黏滞性的流体中，会遵守白努利定律：P 是流体淨压力，ρ 是流体密度，g 是重力加速度，h 是高度，v 是流体速率。假设空气为理想的流体，当飞机飞行时，空气流经机翼上方与下方，且同一股气流在机翼前方被切开，须在机翼后方同时会合，（如图一）此时若机翼设计成上半曲面比下半曲面长，上半曲面弧长较长，则空气流速较快，下半曲面弧长较短，则空气流速较慢，（如图二）图二、流经机翼上方的空气流速（V1）较快，下方的空气流速（V2）较慢再根据白努利定律，流体压力与流体速率成反比，也就是说，流速较快的上半曲面所受的压力较小，下半曲面所受的压力较大，（如图三）所以飞机获得一个向上的推力，这个推力如果可以克服飞机本身的重力，则飞机就可以顺利起飞了。02.错误理论A、真空现象若假设「真空现象」是真的存在，则飞机产生升力，是因为起飞时有向上抬升的仰角，当气流通过时机翼的上半曲面时产生「真空」，大气压力消失，因此机翼下方的压力产生推力，将飞机向上抬升。但是，真正的情况之下，气流会顺着机翼的曲面流动，并不会出现理论中的真空区域，所以这个理论在有大气作用的情况下不能成立。5B、漂石理论若假设「漂石理论」是正确的，则空气的质点会如同子弹一般打在机翼的下半曲面，将动量传给机翼，这动量分成一个往上的分量于是产生升力，另一个分量往后于是产生阻力，此时，机翼的下半曲面就是唯一产生升力的地方，依照飞机的重量来看， 这样的情况下造成的力并不足以抬升整架飞机，因此应有其他更重要的力在作用才对。参●结论6一、飞机的飞行过程01. 起飞飞机起飞时，利用引擎加速，由于机翼上半曲面和下半曲面的弧长差异，使得流经机翼的气流产生速度差，「白努利定律」的现象就出现了，再加上飞机本身的扰流板下降，此使飞机开始受升力作用。02. 爬升当飞机加速到一定的速度时，将机头向上拉起，这时大量的气体分子与空气中的悬浮微粒，以极大的相对速度撞向机翼下方，给予机翼一定的冲量，「漂石理论」在此产生作用，再加上原本「白努利定律」所产生的升力，飞机便有足够的升力克服重力向上飞。03. 平飞飞机在平流层中，靠推进引擎以极快的速度前进，「白努利定律」产生升力和少许的空气浮力，此二力与重力达成垂直方向的静力平衡，所以飞机就不会向下坠落。04. 降落飞机降落时，机身与水平方向有俯角产生，根据「漂石理论」，此时气体分子和空气中的悬浮微粒会撞击机头与机身，产生阻力，再加上机身后方扰流板的上升，使得阻力大增，因此飞机会渐渐降低高度与速度。05. 着地飞机着地之后，依靠扰流板来产生阻力，再配合飞机本身的煞车系统，因此而慢慢停下来。