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沈建其曲解伯努利力的低级错误必须纠正
[楼主] 作者:宇观系统论  发表时间:2012/03/24 21:18
点击:4107次

 

沈建其对口吹气流导致两纸靠近的实验解释存在几个非常低级的错误.并且在网上流传开来,有必要进行纠正,以免造成对学生知识的不良影响.

 

沈建其的最主要的一个错误是认为伯努利力与气体压缩力抵消,两纸是因为气体被迁移形成的负压作用而靠近的.

 

这个错误是因为沈建其对伯努利力的认识模糊.沈建其在他的解释里存在着不可调和的予与盾:一会儿说气体被压缩,密度增大,产生压缩力与伯努利力抵消;一会儿又说气体被移走,密度变小,形成负压.想问沈建其一句:到底是密度变大了(压缩)还是密度变小了(负压)?其实,在这个开放的过程中既没有压缩力也没有气体被迁移的负压.

根据伯努利方程p+a*v^2/2=常数,只要气体的速度V不为0,伯努利力就一直存在,直到把两纸片靠拢在一起,两纸间不再有流动气流时,伯努利力才会消失.这个过程中既不存在气体被压缩导致密度增大的情形,更没有气体被移走导致密度变低的情形(流走的气流被后面的气流补充).

 

沈建其在他"吹纸靠拢"的解释中存在许多常识性的错误,这导致他对伯努利力的计算产生错误.

沈建其的第一个常识性错误是对口吹气流速度的估计,相差太大,他脑子里没有每秒2米的速度到底是多慢的概念.人在平静呼吸的时候,气流的速度就达每秒2米.在咳嗽的时候,气流速度可以与动车相比,一般为每秒50-120米.口吹气流速度仅弱于较轻的咳嗽,一般每秒20米是较轻的,口吹气流速度的世界记录保持者是每秒121.5米.

沈建其的第二个常识性的错误是对纸张质量的估计.作用本或薄信笺的纸张规格为整张大纸32克,32开的作用本纸仅1克每张.10克的纸片恐怕差不多是香烟的外包装盒的规格.0.1米*0.2米,面积为0.02平方米的薄信笺不足1克.

好了,下面要通过计算认识一下口吹气流的伯努利力对薄纸的作用了.气流速度假设为20米每秒,空气密度a=1.3千克每立方米,那么a*v^2/2=260帕斯卡,因此p降低了260帕斯卡,你别小看这260帕的气压,它可为0.02平米的纸提供5牛的伯努利力,产生500米/秒/秒的加速度,相当于纸片承受50倍于其自身重力的伯努利力!哪怕再保守些,气流的速度仅10米每秒,纸片受到的伯努利力也有12.5倍于自身的重力.要知道,马德堡半球可是用16匹马才拉开!

所以,要让两片纸靠近,你只需要像沈建其所说的一样"轻轻的一吹"就足够了.并不存在沈建其虚构的压缩力或负压.

沈建其应该对他的这些低级的物理学错误作出修正,不然你会害了大量缺乏基本物理学判断能力的朱顶余和王飞之流.



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黄氏时空由光频多普勒红移定义可变时间单位秒t'=tsquart[(C-V)/(C+V)].时间秒的变化导致了可变光速C'=Csquart[(C-V)/(C+V)].光速的变化导致了可变距离单位米l'=lsquart[(C-V)/(C+V)].黄氏自旋衰变相互作用模型:引力=动量时间变化率,电磁力=角动量时空变化率.超光速C=2ZM/r
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 [2楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/24 23:25 

黄教授,我虽然没有学过伯努利方程,而且理解也是错误的,但我仍然感觉大家对伯努利方程的理解上很难被我接受,其中一定存在问题。比如你对吹纸的计算,也是一种对伯努利方程理解下的运用,我就无法理解,方程所产生的力不能简单的直接用速度密度来计算吧?简单的来说气流首先是从口中出发的,在流过双唇时,速度按照你的说法大约就是20米/秒,因此就可以得到一个负压,可是谁的嘴唇会感到这个负压?明明是正压嘛!因此这个计算不能这么来,应该从这个p+(1/2)*ρv^2=c出发,首先看看原始状态下(口腔内)的c是多少,然后看看后面的速度变化又是多少,这样计算才符合方程。这里的问题是,口腔中的大气压大于外部,因此气体出来后速度是增加的,按方程只能有这个速度的增量产生压力的变化,而不是整个20米/秒全部起作用吧,不会是增加20米吧?另外,即便压力减少,也是在口中的大气压上减少,而不是在外部的大气压基础上直接减少到负压,对不?所以我虽然没有计算,也不懂的伯努利方程,但是仍然感到这个减少的量不大,下降之后不一定就小于一个大气压,力量也远远不是黄教授计算的那么大,希望黄教授好好反思,毕竟你是具有【会害了大量缺乏基本物理学判断能力的朱顶余和王飞之流】能力的教授,我充其量也就毒害我自己。

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空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。
 [3楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/24 23:39 

速度变化所减低的压强大约也就在千分之几个大气压内,口腔的出口大气压明显的要比一个大气压大,在这个基础上,你很难减到负压的,哈哈,看来黄教授不但计算错误,也很难维护伯努利方程了!

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 [4楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/24 23:56 

设嘴唇出口大气压为1.002个大气压,出口风速为20米/秒,标准大气压为1.013*10e5pa ,出口后速度增加至25米/秒,因此有:1.002*1.013*10e5pa +(1/2)*ρ20^2=P2+(1/2)*ρ25^2,可知P2=101356.35pa,还是大于一个大气压,为何有负压现象?

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[楼主]  [5楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2012/03/25 00:00 

因此就可以得到一个负压,可是谁的嘴唇会感到这个负压?明明是正压嘛!
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你的这个对于口腔内压力的分析是正确的,因为,只有口腔压缩让口腔内气压远大于1个大气压时,才能产生气流从口中喷出。你鼓着一口气不吹,会感受到强大的向外压力,破口吹出气流后压力明显减弱,在嘴唇四周会小于1个大气压,相对封闭的口腔内仍然高于1个大气压。

至于气流到了口腔外的开放空间,静止空气的气压为1个大气压,气流的压强小于1个大气压,但由于运动的惯性及口腔气流的推动补充,气流仍然在一定范围内向前运动。

有点像鼓风机输送管内的气压,封闭管道内的气压是高于1个大气压的,这种高压是封闭压缩的结果

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 [6楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 00:05 

【至于气流到了口腔外的开放空间,静止空气的气压为1个大气压,气流的压强小于1个大气压,但由于运动的惯性及口腔气流的推动补充,气流仍然在一定范围内向前运动。 】

这个变化为负压,难道就不能严格计算,仅凭感觉说话不好吧?



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 [7楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 00:08 

我计算过,除非口腔内的大气压再小点,出口速度再快点,外面风速再变大点。但是,如果口腔内压力很小,能有什么速度出来?压差不大,风速又如何增加?其中有数学关系,你知道如何计算吗?不能像我这样乱假设吧?

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[楼主]  [8楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2012/03/25 00:29 

对【4楼】说:

设嘴唇出口大气压为1.002个大气压,出口风速为20米/秒,标准大气压为1.013*10e5pa ,出口后速度增加至25米/秒,因此有:1.002*1.013*10e5pa +(1/2)*ρ20^2=P2+(1/2)*ρ25^2,可知P2=101356.35pa,还是大于一个大气压,为何有负压现象?

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等高伯努利方程p+(1/2)*ρV^2=C,这个常数C对一定状态的气体来说是个不变量,譬如,对你身边的空气,不考虑高度的变化(引力的影响),这个常数是个固定值1个大气压(象光速C恒定值一样理解)。所以,只要存在气流速度V不为0,p都小于1个大气压(负压),V为0时气压最大,为1个大气压(开放空间)

空气吹出到开放空气中后,气流速度不可能再增大,只有可能减小。

 

伯努利方程计算水平气流压强P=1个大气压-(1/2)*ρV^2,可以精确计算的



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 [9楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 00:50 

对【8楼】说:
【等高伯努利方程p+(1/2)*ρV^2=C,这个常数C对一定状态的气体来说是个不变量,譬如,对你身边的空气,不考虑高度的变化(引力的影响),这个常数是个固定值1个大气压(象光速C恒定值一样理解)。所以,只要存在气流速度V不为0,p都小于1个大气压(负压),V为0时气压最大,为1个大气压(开放空间)

空气吹出到开放空气中后,气流速度不要能再增大,只有要能减小。】

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这就怪了,既然C是个已知的常数,怎么没有见到表达?是否我看的都是科普?不管是否已知常数,采用方程完整求解也不会错。
我说的速度变大,是指嘴唇出口处开始发生的变化,因为内部压力大,出口后有一个短期增速。


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 [10楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 00:50 

刚才被锁,无法跟帖?现在又好了,怪

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[楼主]  [11楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2012/03/25 01:03 

对【9楼】说:

常数只有在状态确定的情况下才能确定,即对不同的状态,这个常数是不同的。如开放的空间为1个气压,口腔里就这个常数就是口腔里的原静压,计算口腔里的压强变化,常数就是口腔里的静压。

从口腔到开放空间是个突变过程,其突变过程在讨论纸片问题时不用考虑,只要用1个大气压这个常数计算气流的压强就行了



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 [12楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 01:22 

那么在开放空间里,是否压力与相对运动有关,还是仅仅与空气的绝对运动有关?我看现代理论都似乎支持后者,比如飞机的原理,但我觉得与伯努利方程理解已经不同了。

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 [13楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 01:25 

难道一个空气中旋转的飞轮,它受到的气压也会变小吗?这里显然大气不会因为飞轮的旋转而减压,但伯努利方程给出的是静压的改变

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 [14楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/25 23:41 

对【11楼】说:
【常数只有在状态确定的情况下才能确定,即对不同的状态,这个常数是不同的。如开放的空间为1个气压,....从口腔到开放空间是个突变过程,其突变过程在讨论纸片问题时不用考虑,只要用1个大气压这个常数计算气流的压强就行了】

也就是说不必考虑口腔内的情况,只要知道风速就可以用(1/2)*ρV^2计算压力减少值,对吧?如此荒谬的理论难道就是当代科学界的共识,还是你个人的理解?我认为这样的计算不值一驳,因为速度值可以取很大,这样一来压力就会减少到负数,请问比0大气压的真空还要低的大气压谁见过?




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[楼主]  [15楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2012/03/26 08:40 

对【14楼】说:

这个显然不该用数字无限大来考虑物理学问题。

气流的速度应该存在一个极限,就是光速是一个极限一样。

对于空气,这个极限应该就是声速334米每秒。压强为负显然是不会出现。涉及极限问题,本人不便胡乱猜测,极限条件下规律应该会出现偏离。任何定理公式应该都有一个适用范围,这个范围可以约定也可以俗成。

你能想象气流速度超过声速的情形吗?实物粒子超过光速的情形呢?

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 [16楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 10:11 

这个错误是因为沈建其对伯努利力的认识模糊.沈建其在他的解释里存在着不可调和的予与盾:一会儿说气体被压缩,密度增大,产生压缩力与伯努利力抵消;一会儿又说气体被移走,密度变小,形成负压.想问沈建其一句:到底是密度变大了(压缩)还是密度变小了(负压)?其实,在这个开放的过程中既没有压缩力也没有气体被迁移的负压.

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【【沈回复:
你这里有重大误解。我说的是两种假设的情形(而非两种真实情形共存)。
情形一:如果是按照伯努利力的解释,气体被压缩,密度增大,产生压缩力与伯努利力抵消(且是瞬时的)。故而用伯努利力解释是不通的。
情形二:吹走气体,导致负压,这是可以解释通的,是吹纸靠拢的本源。
当然,情形二中,也会伴随着情形一,但情形一已经不再主要,甚至可以不计。即使要计及情形一的贡献,也是要以情形二为前提的。没有情形二,单靠情形一,无法实现吹纸靠拢。以上这些,我在一年前多次说得清清楚楚。

至于你最后问我“到底是密度变大了(压缩)还是密度变小了(负压)?” 我的答复如下:情形二为主角,所以密度变小。情形一不是主角。】】
 [17楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 10:21 

根据伯努利方程p+a*v^2/2=常数,只要气体的速度V不为0,伯努利力就一直存在,直到把两纸片靠拢在一起,两纸间不再有流动气流时,伯努利力才会消失.这个过程中既不存在气体被压缩导致密度增大的情形,更没有气体被移走导致密度变低的情形(流走的气流被后面的气流补充).

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【【【沈回复:你这里是完全颠倒黑白。你的结论只是针对不可压缩流体而言(“只要气体的速度V不为0,伯努利力就一直存在,直到把两纸片靠拢在一起”)。恰好“伯努利方程p+a*v^2/2=常数”也是针对不可压缩流体的,所以这蒙蔽了你的眼睛。但是,实际上,除非是液体(除外),对于气体(如本题吹纸靠拢问题),都要考虑其压缩性(因为两纸之间的容器是易变的)。所以,这个问题是“不可压缩性的伯努利气体方程”外加“实际压缩对p的修正”两个情形的结合。

可以说,你对伯努利方程的使用条件的曲解,我给你打分-1分。其他人认为“不可压缩性的伯努利气体方程”可以解释吹纸靠拢,且认为“实际压缩对p的修正”可以不计,我给他们打0分。只有认识到“实际压缩对p的修正”会反抗伯努利负压,才是完整的,才可以得+1分。】】】
 [18楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 10:46 

对【1楼】说:

回复宇观系统论的吹气流速问题:

 

宇观系统论,我认为你太固执了。凭什么一定要使用你的大速度数据?难道小速度吹气就无法让纸张靠拢了吗?我曾用A4纸和卫生纸(面积也与A4一样大的那种)试验,发现让两张A4纸靠拢,只要轻轻吹气即可;让两张卫生纸靠拢,只要鼻子稍用力呼气即可。这些速度约为几米每秒(对于卫生纸,两米每秒也可了)。

 

其次,即使吹气速度增大20倍(使用你的数据),也不影响我的结论,且更有利于我的观点。

 

 

对于以前所用流速数据的说明(解释):

 

我在2011-3-15的帖子中说:“我试验了一下,发现轻轻吹气,也能让纸靠拢。吹动的气流速度假设为2米每秒,空气密度a=1.3千克每立方米,那么a*v^2/2=2.6帕斯卡,因此p就降低了2.6帕斯卡。而大气压强是10万帕斯卡,因此压强只是下降了4万分之一。 设纸张的面积宽0.1米,长0.2米,则面积为0.02平方米。伯努利力大小为f=2.6帕斯卡*0.02平方米,约为0.05牛顿。设一张纸的质量为10克,即0.01千克,所以纸张受到伯努利力的加速度是5米每二次方秒。

 

      这里,之所以选择很小的吹气速度(2米每秒),乃是发现这么小的伯努利力,就已经可以让“纸张受到伯努利力的靠拢加速度是5米每二次方秒”,这已经是够大的靠拢加速度了,可以快速压缩气体了,压缩使得气体压强增大,反抗原伯努利力。我用这么小的气体流速已经可以说明问题,就不一定必要用大的气体速度。当然,大的气体速度,会导致纸张靠拢的加速度更大,就越对我的观点有利。如我在2011-5-31对某网友说说“即使吹气时使得瓶内有气流流动,根据上面的计算,假设气流速度为10米每秒,那么伯努利负压也只有60帕斯卡,而吹进瓶内的气体只要万分之几,即可超过你的60帕斯卡负压,你如何使得造成瓶内气压减小?2012-3-26

 

 [19楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 11:05 

回复一楼宇观系统论的纸张质量问题。
经过询问和计算:一张A4纸约重5克(据打听:80克A4纸指的是80克每平方米,A4纸的规格是210毫米*297毫米,每张5克(4.99克))。我取10克,乃是为了考虑估算方便。

但更重要的原因是下面:

我是有意把纸张质量增大,尽量不利于我的观点。实际上,使用大的流速、小的纸张质量,会使得伯努利力靠拢加速度非常巨大,更加会压缩气体,导致反抗原先的伯努利力,使得传统的用伯努利力解释纸张靠拢的做法更显得荒唐。我的观点是:传统的用伯努利力解释纸张靠拢的做法是不对的,因为靠拢加速度过大,会压缩流体,使得流体反而增压,反抗远伯努利力。

我在2011-3-15的帖子中说:“我试验了一下,发现轻轻吹气,也能让纸靠拢。吹动的气流速度假设为2米每秒,……, 设一张纸的质量为10克,即0.01千克,所以纸张受到伯努利力的加速度是5米每二次方秒。” 为了让流体压缩能力降低一点(即靠拢加速度尽可能变小,使之尽量不利于我的观点。注意:我的观点是:传统解释有问题,因为“靠拢加速度过大,会压缩流体,使得流体反而增压,反抗远伯努利力”),我尽可能采用小的流速和大的纸张质量,以求得到小的靠拢加速度。

你没有发现我的良苦用心,却把它看作是我的“缺点”,实在是颠覆性的冤枉。
重申:使用大的流速、小的纸张质量,会更加有利于我的观点。我故意不用。
 [20楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 11:17 

好了,下面要通过计算认识一下口吹气流的伯努利力对薄纸的作用了.气流速度假设为20米每秒,空气密度a=1.3千克每立方米,那么a*v^2/2=260帕斯卡,因此p降低了260帕斯卡,你别小看这260帕的气压,它可为0.02平米的纸提供5牛的伯努利力,产生500米/秒/秒的加速度,相当于纸片承受50倍于其自身重力的伯努利力!哪怕再保守些,气流的速度仅10米每秒,纸片受到的伯努利力也有12.5倍于自身的重力.要知道,马德堡半球可是用16匹马才拉开!


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【【【沈回复:非常大力地欢迎1楼的计算!!!!实际上,1楼的计算恰好是本人一年前一开始就得到的(即产生500米/秒/秒的加速度)。我一开始觉得“产生500米/秒/秒的靠拢加速度”实在过于‘荒诞’,故而故意放弃不用,有意降低流速至十分之一,增大纸张质量至10倍,于是得到约5米每二次方秒的靠拢加速度,目的是为了温柔一些。

但是,宇观先生只知其一,不知其二。两张纸之间的距离是1厘米,500米/秒/秒的加速度,可以使得两张纸在一毫秒内即靠拢,那是多巨大的压缩能力啊!!!如此巨大的压缩能力,产生的增压远远大于你的260帕斯卡伯努利负压(也可见我一年前的多次说明和计算),可是气体又来不及排出去,伯努利负压将立即歇火(说不定在0.1毫秒内即歇火,纸张被弹开)。所以,传统的伯努利力解释大有问题,这就是我说的必须要考虑“压缩导致的对压强的大修正问题”。宇观先生的计算,一方面是重复我一年前一开始的计算(包括得到“产生500米/秒/秒的靠拢加速度”也本是我一开始最早的结论,后为了温和一些,我有意减少流速,增大纸张质量),而且从我的角度看,他是自打自己的嘴巴。他算了靠拢加速度之后,没有作进一步的靠拢时间的计算。】】
 [21楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 11:23 

结论:

纵观以上五条,所谓“低级的物理学错误”全来自1楼,不是来自我。


第一二条(我就正在16,17楼)是宇观先生的错误。



第三四条(流速、纸张质量),宇观先生的数据虽然没有错,但都是我刻意放弃的,目的是为了“谦让”,为了温柔,为了尽可能得到小的靠拢加速度,是指尽量不利于我的观点(宇观先生没有体会到我的良苦用心)。理由就是在第五条(20楼)。

“哪怕再保守些,气流的速度仅10米每秒”,宇观先生终于在最后也稍微体会到我的良苦用心了。他也愿意“再保守些”了。



第五条宇观先生的计算本是本人一开始最早的结果。但宇观先生只知其一,不知其二。他算了靠拢加速度之后,没有作进一步的靠拢时间的计算,后者才是体现传统解释的错误问题。宇观先生不知道他的计算为了什么。

1楼末尾的文字原状返回给宇观先生。



 [22楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 11:26 

对【2楼】说:
宇观先生的计算即是我的计算。不必怀疑之。不过,宇观先生只是在我的启发下,只见树木,不见森林罢了。
 [23楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/26 14:05 

对【15楼】说:

【这个显然不该用数字无限大来考虑物理学问题。

气流的速度应该存在一个极限,就是光速是一个极限一样。

对于空气,这个极限应该就是声速334米每秒。压强为负显然是不会出现。涉及极限问题,本人不便胡乱猜测,极限条件下规律应该会出现偏离。任何定理公式应该都有一个适用范围,这个范围可以约定也可以俗成。

你能想象气流速度超过声速的情形吗?实物粒子超过光速的情形呢?】
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现代物理认为运动时相对的,因此尽管你认为空气运动可能有个极限334,但并不表示相对运动也是这个极限,比如超音速飞机与空气的相对速度就远远超过334,更不用说火箭发射了,按照你的意见,不计算出负压是很难的了,还说没有问题吗?



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 [24楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/26 14:18 

对【15楼】说:
另外,同样的计算也可以用于水下,由于水下不深处的压力接近一个大气压(略大而已),但由于水的密度比空气大约千倍,因此,按照(1/2)*ρV^2来计算压力的减小,同样的速度结果就会扩大千倍,形成负压也就更加便利,而且现代的快艇看来都要被负压掰开了,船底钻个孔,开船时,不但不漏水,还要往外漏气,有这么回事吗?这些连外行也骗不了的东西,怎么就成了理论家的宝贝?希望黄教授说说,到底是你个人理解,还是大家一致的认识,我真的很想知道,也请沈博士谈谈到底有没有这么回事,因为你的计算也同样基于这样一个前提,不会是巧合吧?

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 [25楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 14:51 

对【24楼】说:
流动的水,的确有一股“神奇”的力量(如喷水关不掉),就来自伯努利力。
 [26楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/26 15:39 

对【25楼】说:
【流动的水,的确有一股“神奇”的力量(如喷水关不掉),就来自伯努利力。】
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这个我倒是没有体会,但24楼的伯努利神迹没有出现,如何解释?

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 [27楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 15:44 

而且现代的快艇看来都要被负压掰开了,船底钻个孔,开船时,不但不漏水,还要往外漏气,有这么回事吗?
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SHEN RE: 这个水中的伯努利负压是水内部的负压,对空气没有影响。即水的这个伯努利力是内力。水当然要漏进来。
 [28楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/26 16:18 

对【27楼】说:
【SHEN RE: 这个水中的伯努利负压是水内部的负压,对空气没有影响。即水的这个伯努利力是内力。水当然要漏进来。】
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同样的,空气有气流,纸张受到负压而运动,水中的船同样相对水运动,而受到负压,所不同的是空气的密度远远小于水,因此按照(1/2)*ρV^2来计算压力的减小,同样的速度结果就会扩大千倍,所以说【现代的快艇看来都要被负压掰开了】,如果你认为不是,请问你如何计算?

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空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。
 [29楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2012/03/26 16:18 
 [30楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/03/26 16:22 

对【28楼】说:

汽艇基本上在水的表面。伯努利力是水的内聚力。对船不影响。况且几个大气压的伯努利压强对船也无影响。

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