⚛ 物理

把手伸出车窗外为什么会感觉有人在推你的手

原来伸手出车窗感受到的推力,是空气粒子真实碰撞产生的,手的角度还能模拟飞机机翼原理

下次坐车,试试把手伸出车窗——掌心朝前,你会感觉有一堵看不见的墙在推你;掌心朝下,手却像长了翅膀,会自己往上飘。明明什么都没有,力气从哪儿来的?

空气其实一直在"撞"你

我们平时感觉不到空气的重量,但它真的有重量。每一立方米的空气,大概有1.2公斤重——想象一下,你周围时刻被一堆棉花糖包围着,只是它们太软太轻,你感觉不到。但一旦你开始移动,这些"棉花糖"就开始撞你了。

车在跑的时候,你坐在车里是静止的,但车窗外的空气对你来说就像一条河流,不停地冲过来。你把手伸出去,手就成了一块挡在河道中间的石头。水流会撞在石头上,推着它走;风也一样,空气粒子一个接一个砸在你的手掌上,每一次碰撞都是一点点小推力,加在一起,就变成了你明显感受到的那股"被推着跑"的力量。车速越快,撞过来的空气越多越猛,你感受到的推力就越大。

为什么手的角度一变,感觉就完全不同?

掌心朝前,手是"硬碰硬"地拦截气流,挡住的面积最大,被推得最猛。但如果你把手倾斜一个角度,神奇的事情发生了——手不是被向后推,而是会往上飘或者往下压,就像飞机的机翼一样。

这背后有个简单的道理:气流打到倾斜的手掌上,会被"拨"开,一部分往上走,一部分往下走。往上走的气流多,手就被托起来;往下走的气流多,手就被往下压。飞机机翼就是利用这个原理——上表面弯曲,下表面平直,气流绕过去之后,上面压力小、下面压力大,整架飞机就被"托"上了天。你的手,其实就是一个迷你机翼,在做同款实验。

这股力有多大,值得认真对待吗?

感觉只是"微风吹手"?其实并不轻松。高速公路上车速达到120公里每小时,你手掌受到的风阻力大约相当于把一个装满水的矿泉水瓶挂在手背上——持续不断地往后拉。如果你是骑自行车的人,风阻会消耗掉你将近三分之一的体力,所以专业骑手要穿紧身衣、头盔做成流线型,就是为了让自己"滑"过空气,少挨几下撞。

赛车手在设计车身的时候,每一个弧度、每一条缝隙都在跟空气"谈判",一点点地减少这种推力。而你伸出车窗的那只手,每次都在重演一场微型空气动力学实验——顺便说一句,高速行驶时请不要真的把手伸出去,因为路边随时可能有你看不见的障碍物,那可不只是"被风推一下"那么简单。

冷知识:蒲公英的种子能飞那么远,靠的也是同一个原理——那根细毛不是装饰,是一把精心设计过的"降落伞",专门用来和空气撞出升力。大自然比我们想的更懂空气动力学。