伯努利原理的探究
（赵郑好 温州市实现小学2018级五班）
1 什么是伯努利原理
丹尼尔·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”。这是在流体力学的连续介质理论方程建立之前，水力学所采用的基本原理，其实质是流体的机械能守恒。即：动能+重力势能+压力势能=常数。其最为著名的推论为：等高流动时，流速大，压力就小[1]。
2 伯努利原理验证
2.1 气流实验：吹不开的乒乓球
2.1.1 实验问题
伯努利原理是否适用于气体？
2.1.2 实验材料
2.1.3 实验过程
1、用铅笔摆放轨道；
2、把乒乓球放置于轨道上，如图1所示；
3、用吸管在左、中、右三个位置吹气，观察现象。
图1 乒乓球摆放位置
2.1.4 实验照片
1、乒乓球左边吹气，如图2所示；
图2 乒乓球左边吹气
2、乒乓球右边吹气，如图3所示；
图3 乒乓球右边吹气
3、乒乓球中间吹气，如图4所示。
图4 乒乓球中间吹气
2.1.5 实验结果
中间吹气的实验，如图5所示。
图5 中间吹气实验前后对比图
2.1.6 实验结论与分析
中间吹气实验的时候，中间的空气流速快，压力小。左右两边的空气流速慢，压力大，推着乒乓球向中间挤，如图6所示。
图6 中间吹气实验结果示意图
2.2 水流实验：追水的乒乓球
2.2.1 实验问题
伯努利原理是否适用于液体？
2.2.2 实验材料
2.2.3 实验过程
1、矿泉水瓶瓶盖中间、瓶子底部开个小孔，装水；
2、将乒乓球放入盘中，往盘中倒水，让乒乓球浮起来；
3、用矿泉水瓶往乒乓球一端倒水，观察现象，如图7所示。
图7 追水的乒乓球实验
2.2.4 实验照片
实验过程如图8所示。
图8 实验过程
2.2.5 实验结果
乒乓球追着水跑，如图9所示。
图9 实验结果
2.2.6 实验结论与分析
水往乒乓球的一侧倒下，乒乓球这一侧水的流速快，压力小。乒乓球另一侧水的流速慢，压力大。于是，乒乓球被推着往水倒下的一侧移动，看起来，像是追着水柱跑，如图10所示。
图10 乒乓球追着水跑
3 生活中的伯努利原理
3.1 列车（地铁）站台的安全线
列车（地铁）的站台上都划有黄色安全线，如图11所示。这是因为列车高速驶来时，靠近列车车厢的空气被带动而快速运动起来，压力减小，站台上的旅客若离列车太近，旅客身体前后会出现明显的压力差，身体后面较大的压力将把旅客推向列车而受到伤害。有人测定过，在火车以每小时50公里的速度前进时，竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。
图11 运行的列车
3.2 飞机
飞机为什么能够飞上天？因为机翼受到向上的升力。飞机的机翼上下形状不一致，飞行时，机翼上方的气体流速大，压力小；机翼下方的气体流速小，压力大。这样就产生了作用在机翼上的向上的升力，如图12所示。
图12 飞机上升的原理
3.3 船吸现象
当两艘船平行着向前航行时，在两艘船中间的水比外侧的水流得快，中间水对两船内侧的压力小，外侧对两船外侧的压力要大。于是，在外侧水的压力作用下，两船渐渐靠近，最后相撞，这就是“船吸现象”，如图13所示。1912年秋天发生的“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故，就是“船吸现象”造成的。
图13 船吸现象
3.4 刮风掀翻屋顶或压垮大桥
刮风时，屋顶上的空气流动得很快，而屋面下的空气几乎是不流动的。这时，屋面下空气的压力大于屋面上的气压，一旦风速超过一定程度，这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶，如图14所示。正如我国唐代著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”
图14 刮风掀翻屋顶
台风吹垮大桥也是“伯努利原理”的作用：台风经过大桥，会从桥面上和桥洞里吹过。由于桥洞相对于桥面比较小，所以风经过的时候，风速比较快，压力较小，而桥面上的风速比较慢，压力较大。这样，就产生了压力差。桥梁如果承受不了这样的压力，就会被压垮塌，如图15所示。
图15 刮风压垮大桥
3.5 香蕉球（弧线球）
如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。而进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。
为什么足球会在空中沿弧线飞行呢？原来，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是把脚踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。
伯努利原理告诉我们：气体的流速越大，压力越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压力也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了，如图16所示。
图16 香蕉球的原理
4 结论
通过上述实验，验证了伯努利原理适用于气体和液体。在流体中，流体的速度越大，压力越小；速度越小，压力越大。在生活中，伯努利原理十分常见，人们也将这一原理应用于方方面面。
参考文献
[1] https://baike.baidu.com/item/%E4%BC%AF%E5%8A%AA%E5%88%A9%E5%8E%9F%E7%90%86/9852095。