马格努斯效应在线视频

你好

我是来自北京体育大学的李翰君

今天我们继续进行

运动生物力学课程的学习

今天我们讲的内容是马格努斯效应

马格努斯效应

这个名字听起来比较拗口

大多数同学应该都没有听说过

但我们其实都见过它发挥作用

大家一定都看过足球

在足球当中有很多巨星

都有项秘密武器

就是香蕉球

球刚离开运动员的时候

是一条正常的抛物线

它在空中某一点会突然转向

感觉有一种神奇的作用

使它变向

这种神奇作用就是马格努斯效应

所以我们今天就来讲马格努斯效应

在讲解之前

我要给大家演示一个实验

好

演示实验是这样的

首先我手里一个吹风机

和一个乒乓球

大家来猜一下

当我打开吹风机吹乒乓球的时候

会发生什么样的效果

肯定是能吹起来

但除了吹起来以外

还有什么效果呢

大家先想一下

是不是跟大家想的不完全一样

不止把乒乓球吹起来了

它还很稳定

如果大家仔细看的话

这个乒乓球还在转

到底是什么力

把乒乓球很稳定的稳定在这里

大家可以想一下

好

刚才的实验怎么去解释

我们首先需要一些理论知识

就是伯努力定律

伯努利定律是流体的机械能守恒定律

它的表达式是这样的

记着我刚才已经说了

它表示的是流体的机械能守恒

还记得我们原来所学的机械能守恒吗

是动能加重力势能

以及对系统所做的功是守恒的

这个式子看起来像吗

好像有点不太一样

我们先看一下这里面字母

P代表的是压强

ρ代表的是密度

V代表的是速度

H代表的是高度

在这里1/2ρv方

看起来和1/2mv方

感觉是比较像的

ρgh跟mgh也是比较像的

所以我们感觉把方程两边

同乘以一个体积V

我们的动能和重力势能

好像就体现出来了

但是在这里

还有另外一项压强P

压强P乘以体积是什么意思呢

我们以前好像不这么算

但是体积

我们其实可以把它表示成什么

底面积乘一个距离D

而压强乘以底面积

其实就是一个压力

而压力乘以一个距离D

其实就是所做的功

所以

当我们把方程两边

都乘以一个体积以后

大家是不是能感觉到

它其实就是一个机械能守恒定律

所以这里的压强乘以体积

其实表示的是

单位体积所能做的功的一个能力

第一种情况

我们说是速度一致的时候

速度一致的时候

1/2ρv1方

和1/2ρv2方就相等了

这时候我们的公式

就可以表示成P1加ρgh1

等于P2加ρgh2

还记得刚才压强所表示的意义

它表示的是单位体积的做功能力

这个有什么用

我们可以来解释不同体位下的血压

在我们躺的时候

我们的心脏 头以及脚是同一高度

按照我们的公式

ρgh应该是相同的

这时候的压强也应该就是差不多的

而当我们属于站立位的时候

我们的头的高度增加

根据公式P加ρgh是一个恒量的话

那么H增加了

我们的压强P就会减少

所以当我们处于站立位的时候

我们头部的压强会减小

而相反我们的足部的压强会增大

因为足部的H是比较小的

这时候的压强是比较大的

通过刚才这个原理就可以解释

我们如果由

卧位突然转化为站立位的时候

很多人会感觉到

有种眩晕或者眼前发黑

这个原因是什么呢

其实我们就叫做

体位性的低血压

我们头部的高度H突然变高

这时候它的压强减小

这时候产生一个

局部低血压的一个情况

这个在一个体弱的病人上

是很常见的

下面我们再说第二种情况

第二种情况是高度一致的时候

所以ρgh1和ρgh2是相等的

这时候公式可以简化成

P1加上1/2ρV1方等于

P2加上1/2ρV2方

所以这就可以知道

当我们速度大的时候

二分之一ρv方就大

它的压强就会小

所以简单来说就是

流速大的地方压强小

流速小的地方压强大

还记得刚才吹风机的实验吗

它的原理其实就是这样

当我们用吹风机的时候

哪里的速度比较大

是中间的速度比较大

而外周因为我们空气是有粘滞性的

所以越靠外周速度会越小

所以中间的流速大

压强就应该怎么样

就应该小

所以当乒乓球在这里的时候

就会产生一个压强差

把乒乓球压在中间的位置

这就是刚才的原理

如果知道刚才这个原理

我们就可以解释

另外一个生活中的现象

大家在等火车或地铁的时候都会听到

请站在黄色安全线后

这个是什么意思呢

就是和刚才咱们吹风机是一样的

火车来临的时候

它的速度会非常快

所以这时候速度快的地方压强小

这时候就会产生一个压强差

就好像吹风机

把乒乓球吸到中间一样

这时候

如果快速飞驰的火车过来的时候

也会把你会把人吸进去

所以我们应该是远离一段位置

还有一个例子就是

我们的飞机是如何飞起来的

这个其实是跟它

机翼的特殊形状是有关系的

大家可以看到

这个就是机翼的一个形状

下面比较平

上面比较凸

这个形状会造成什么样的后果呢

当机翼这个形状扫过流体的时候

它会使上下的流速不一样

下边的流速比较慢

而上边的流速比较快

因为上边的流速比较快

所以它的压强比较小

这时候也产生一个压强差

产生一个向上的升力

这就是鸟和飞机能够飞起来的原因

好

我们下面验证一下

大家知识学得怎么样

我给大家演示另外一个实验

好下面我再给大家一个演示实验

验证一下大家对这个知识有没有掌握

这里有个漏斗

这里有个乒乓球

一会我要用力去吹这个漏斗

大家想想会发生什么样的效果

会不会跟才吹吹风机是一样的

大家可以看到

我并没有把乒乓球吹起来

为什么呢

可能有些同学说

老师你可能吹得不够用力

我现在使劲的用力吹一下

可以看到乒乓球还是没有起来

这是为什么呢

好 知道了上面的知识

我们就可以来解释

马格努斯效应了

对于马格努斯效应来说

足球一定要产生旋转

为什么

因为当足球旋转的时候

因为它跟空气之间是有粘滞性的

它会带动周围的空气也发生旋转

而球本身也有个平动

当我们的球向左运动的时候

那么空气相对球

会反方向的向右运动

这个时候我们就可以看到

速度其实是有一个叠加的

一个是由转动产生的速度

一个是由平动产生的速度

这时候在我们图上可以看到

上表面的速度

或者说和速度会大一些

下表面因为速度相反

和速度会小一些

按照刚才所说的

流速大的地方压强小

流速小的地方压强大

所以下表面的压强

会大于上表面的压强

这时候就产生一个偏转

这也就是香蕉球的原理

好

我把刚才说的完整的再转述一遍

对于香蕉球来说

首先球必须得旋转

而求旋转的时候

会带动周围的空气也跟着旋转

而球本身又在平动

这时候空气相对于球

也有一个向后的流动

这时候两种空气速度的叠加

会造成左表面

和右表面速度的不同

这时候就会产生一个压强差

而这个压强差会使球快速的转弯

好

今天的内容就到这里

谢谢大家