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球為什么不走直線,而是向左或者向右走了弧線的步伐吶?
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當球旋轉著前進時,空氣繞過它的流動不對稱,產生側向力,于是球走過一條曲線的路徑。6 G Z! y" m: L! y8 {0 y
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以球心為參考系,氣流吹過旋轉的球時,會對球產生橫向力。其原理和機翼升力的原理是相似的,只用伯努利定律并不能很好地解釋,更重要的是科恩達效應。和機翼有所不同的是,分析機翼升力時可以不考慮粘性力,而分析旋轉球的橫向力時則必須考慮粘性力。所以這個問題比機翼的原理復雜一些,需要同時考慮粘性力、科恩達效應和伯努利定律。7 k% ~ j5 U1 c& s* s4 r( t
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上面的解釋中,說旋轉的球帶動表面的空氣旋轉,使流過球兩側的空氣速度不同,這個說法本身也不能算完全錯誤,只是這種兩側速度不同并不是直接由球表面拖動產生的。
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; `: P8 Q- b+ b& t! G參考下面的圖,確實是球的旋轉帶動了表面的空氣,使球上下兩側的流動不對稱而產生的橫向力,這種不對稱集中體現在:
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# T# v# w4 q% J* B0 c1. 旋轉的球把更多前方流過來的空氣導向上側,所以前分叉點位于中心線下方。
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2. 上側的分離點由于壁面對氣流的助推作用而延后,下側的分離點由于壁面對氣流的阻礙作用而提前。0 _ V/ E5 |$ ~" ]( V) v1 C
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) ^. ~, Y( q. D" K4 s3 E; R5 x: `和解釋機翼升力原理類似,弧線球橫向力的原理也可以從兩種角度來解釋。+ q/ e7 g' V, m+ _
, Q& f( f# |0 k1 a一種解釋是旋轉的球兩側的壓力分布不對稱,一側壓力低,另一側壓力高,從而產生橫向力。
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4 r5 F* }9 N/ Z9 Z/ L+ F! l$ o% ^2 |1 [" H另一種解釋是旋轉的球把流過它的氣流導向一側,根據牛頓定律,球就獲得朝相反方向的作用力。# k H& K5 L% {/ h; j
9 `0 i0 G) ]' a# t( \前面的解釋迫不得已使用了邊界層分離的概念,對于沒有學過流體力學的人可能不好理解。不過從字面意思應該大概可以明白就是氣流和壁面分離,之后不再沿壁面流動了的意思。% F1 P# k, z0 I( q0 _7 Y* ?
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實際球類運動中是一定存在邊界層分離的,不過即使沒有邊界層分離,旋轉的球仍然會受到橫向力,實際上多數可以找到的解釋就是針對這種沒有分離的流動解釋的。這里把前面的圖再放一次,可以看出,在下圖中,球的旋轉使氣流的前分叉點和后交匯點都偏向左邊。于是整個右側的流線要彎曲得多,和機翼類似,右側的氣流壓力低速度快。
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