大风来袭

如果此时身处户外

通常会躲掩体后规避大风

圆柱方柱哪个更好呢?

别瞎猜,实验给你答案。

实验器材

吹风机、蜡烛、打火机、圆柱状水瓶、方形盒子、所标杯


实验步骤

安全提示:本实验使用明火,请小朋友在家长陪同下进行实验,注意用火安全!极端天气尽量不外出!

用打火机点燃蜡烛。(注意用火安全


将蜡烛油点在桌面上,随后迅速将蜡烛底座放上去,用来固定蜡烛。


第三步:

将蜡烛放在方形柱后方。


第四步:

用电吹风往方形柱子前方吹去,可以发现蜡烛没有被吹灭


第五步:

将方形柱子替换成圆形柱子



第六步:

用电吹风往圆形柱子前方吹去,可以发现蜡烛很快被吹灭


第七步:

如果将蜡烛放在离圆形柱子更近的位置,会不会就能顺利挡住风了呢?


结果同样是无法挡住风

因此,在柱子不被吹倒的前提下,方形柱子比圆形柱子要更加防风。躲在圆形柱子后面仍然会受到大风的影响。

当然,在极端大风天气下,无论是躲在方形柱子后面,还是躲在圆形柱子后面都不是最安全的,最安全的是关好门窗躲在家里,不要出门!

原理解说

根据上面的实验我们发现:大风来临时应该躲在方形障碍物后面而不是电线杆、树木这样的圆柱体后面。那么为什么圆柱体障碍物的后面还有风呢?这是源于气流的康达效应。康达效应是指流体(如空气)在流动时,倾向于附着在凸出的曲面表面流动的现象。当流体遇到曲面时,其流动路径因惯性而贴近表面,同时曲率引起的压力梯度有助于维持边界层的附着,避免过早分离。

对于方形障碍物,当气流以直角撞击障碍物的边缘时,流动方向发生突变,导致强烈的逆压梯度(方形边缘处的压力骤升)。当逆压梯度(如方形边缘处的压力骤升)超过流体动能时会使边界层迅速分离,在障碍物后方形成大范围的涡流和低压区(即风很小)。


对于圆柱形障碍物,障碍物的连续曲率引导气流逐渐改变方向,压力梯度较为平缓。康达效应在此发挥作用,气流能贴着表面流动,绕过障碍物。尽管气流最终可能在障碍物后方某点分离(取决于雷诺数),但分离点较方形障碍物更靠后,形成的尾流区较小甚至不明显,因此后方仍有气流到达(即风较大)。



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编辑:opzk&鱼非我

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