地上有水時,鞋上和車輪上的水是如何甩起來的?
01-17
我期待一個流體力學,或輪胎工程的答案。
如果自行車後擋板脫落,泥水會濺到後背,說明水運行了超過 90 度之後才被甩出。輪胎上的每一點線速度都相同嗎??最後甩出的這部分水,之前僅僅是靠附著力保留在車輪上嗎?我再提供一個維基頁面,說明事情並不只是慣性那麼簡單:http://en.wikipedia.org/wiki/Aquaplaning我因此把問題具體化:車輪甩水的高度角度和那些因素有關?速度?輪胎?路面材料?對於鞋來說,不同材質的鞋甩水效果如何不同?跑和走那個更厲害?
這是個好問題,我按照我認為有趣的方向添加了補充說明。慣性的說法我很不滿意。希望大家再多想想。
一點粗淺分析:每時每刻,輪胎接觸地面的那一點和地面是相對靜止的,液體附著在輪胎上後,隨著旋轉逐漸加速,輪胎頂部是速度最快。
所以液體要轉到一定角度,線速度達到一定闕值時,才獲得足夠的慣性被甩出。有時這個角度很大,以至於後擋板脫落的自行車會把後背弄髒,因為泥水是向前甩出的。
以上只是最淺薄的分析,事情還遠沒有那麼簡單。因為更高速度下很多流體力學的效應不能忽略。下面這個 BBC 的圖片,相關文獻是 http://www.springerlink.com/content/dl68t46387062235/ 。可以看到,與其說是 「甩」,不如說水是被 「拉」 起來的。濕鞋物理視頻
伯努利方程顯示,理想液體速度與所處位置壓強反相關。在麵湯中旋轉煮雞蛋,麵湯會貼合雞蛋殼上行。
水帶到輪子上是因為水與輪子表面作用力作用的緣故,水被帶到輪子上以後,由於輪子各部分的速度是圓周速度與前進速度的矢量合成,這樣輪子離開地面後速度越來越快,即需要向心力越來越大,輪胎上部最大,當水與輪胎作用力不能維持向心力之後,由於慣性水被切向甩出去。
這裡有個類似的問題,飛機在跑道上薄積水的情況下啟動,其後面的濺水怎麼描述,這好像關係到試航?
記得曾經看到過一篇文章, 講"望塵莫及" 是怎麼回事. 我臆測這兩個原理一樣吧.
那篇文章大概是這麼寫的:
車在行駛中, 車尾部會產生氣流, 然後就有負壓(不知道說沒說對, 剛才寫的是"近似真空")區域.
由於車屁股後面的壓力小了, 外部的空氣要補進來, 隨之的就捲起了地上的沙塵.所以, 作為流體的水應該是一樣的吧.推薦閱讀:
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