⚛ 物理

弯了一个弯的吸管,为什么吹气会突然变得好费劲?

看完这篇你会知道弯管里的气流为什么比直管更费力,以及弯道、管径、压扁三件事是怎么联手让你的肺"多干活"的

你有没有试过用那种弯折的吸管喝饮料,吸了半天却感觉饮料根本不动?或者帮孩子吹一个气球,结果换了根弯管之后,同样的力气却吹得上气不接下气——明明只是多了个弯,到底发生了什么?

气流走弯道,为什么会"撞墙"?

你可以把吸管里的空气想象成一群正在走路的人。在直走廊里,大家迈开腿就能一路跑到头,又快又顺。但一旦遇到一个急转弯,最前面的人撞上了弯道的外侧墙壁,后面的人还在往前涌,整个队伍就挤成一团,速度自然慢下来。气流在弯管里遭遇的,正是同样的事情——它本来想直着走,弯道偏偏逼它转向,气流撞上管壁、方向改变,这个过程会损耗掉一部分能量。这种损耗有个专业名字叫"局部阻力",但你只需要记住一件事:弯道越急、弯的次数越多,气流损失的能量就越多,你吹气自然就越费劲。

弯道到底"偷走"了多少力气?

弯道对气流的阻碍,比你想象的要大得多。工程师做过测量:一个90度的急弯,造成的阻力相当于额外再接上几十厘米长的直管。换句话说,你的吸管虽然只是弯了那么一下,但对你的肺来说,感觉就像管子凭空变长了一大截。而且弯道越急,这个"虚拟加长"效果越夸张——180度的U形弯,阻力比90度弯还要翻好几倍。这就是为什么医院里给病人输氧的管道,工程师会想尽办法让管路少转弯、弯得缓一点;赛车的进气管道也是同理,弯道越少、越平滑,发动机才能"呼吸"得越顺畅。

除了弯道,还有什么在悄悄使绊子?

弯道是最主要的"帮凶",但不是唯一的。气流在管道里走,管壁本身就有摩擦力,就像你在地毯上推箱子比在瓷砖上费劲。管子越长、越细,这个摩擦损耗越大。弯管往往还会在弯折处让管子稍微压扁一点点,截面积一变小,就像高速公路突然并成一条车道,立刻堵车。所以你平时用的那种软质蛇形吸管,既有多个弯道的阻力,又有弯折压扁的截面变小,还有更长的管壁摩擦——三重叠加,难吹也就不奇怪了。反过来,如果你想让吹气变轻松,选管径宽一点、弯道少一点、材质硬一点不容易压扁的吸管,会省力得多。

下次你对着弯吸管吹气吹得头晕,不妨想一想:你的肺其实在跟一个"隐形长管子"较劲——那个弯道,比它看起来要长得多。