乒乓球为什么未被吹跑?

在桌上放一只轻小的乒乓球,如果我们用力一吹,乒乓球就会沿着吹气的方向向外滚动,然后直至掉到地上;但是若用一只漏斗放在小球的上方,用嘴朝漏斗尖端对着小球用力吹气,会出现什么现象呢?

或许你会想到,小球这样轻,肯定会被气流吹走,可是当你亲自试验时,你就会觉得非常奇怪了,小球非但没被吹跑,反而被吸进了漏斗。这时你若慢慢地移动或提升漏斗,你会惊讶地发现,小球跟着漏斗一起运动。这就是说,气流的冲力加上小球的重量,非但未使乒乓球下落,反而把小球推进了漏斗,这岂不是违背了牛顿第二定律,难道牛顿第二定律对流体不适用了吗?

水流与压强示意图

这就是十八世纪物理学对牛顿定律的一次挑战,因为从表面上看起来,它是违背了牛顿运动定律的,好象牛顿运动定律在这里不适用了。当时许多物理学家发出了“牛顿运动定律需要修正”的惊呼!这个问题也深深地吸引住了物理学家伯努利。他首先注意到水管中水流的流速与压强的关系。如图 2 所示,两端为粗水管,中间用细水管连接,当水流动时,根据水的不可压缩原理,细管中水的流速必然要比粗管中水流速大。在粗管与细管处分别接上压力计,按常理推测似乎细管处的压强应比粗管处大, 可是伯努利却惊讶地发现细管处的压强要比粗管处小,即流速大的地方压强反而小!伯努利把牛顿运动定律引入流体中,终于导出了著名的伯努利方程

1 2

PV + 2 mv + mgh = Constant 。

P是流体压强,V是流体体积, 1 mv

2

2为流体功能,mgh是流体势能。

用这个方程我们就可以说明上述乒乓球的问题了:用力对漏斗嘴部吹气时,越靠近漏斗嘴部气流速度越快,因而气流的压强就越小,对乒乓球来讲就形成了上面的压强小,下面的压强大。当这个压力差大于乒乓球重量时,乒乓球就会被吸起,滑进了漏斗,越是用力吹,这种现象越容易发生。