风筝是一种单纯利用空气作为动力的飞行器,通常是在竹篾等骨架上糊上纸或绢,由系在上面的长线牵引,并顺着风势施放于天空。
早在我国东周春秋时期(距今2000多年),便相传有墨翟以木头制成木鸟,受此启发,他的弟子鲁班改用竹子,并以绢覆之,造出最早的风筝。后来东汉的蔡伦改进造纸术后,坊间便以纸为料,这时的风筝被称为“纸鸢”。到了五代之时,南唐李邺有一次也做纸鸢玩耍,突发奇想,在“鸢首以竹为笛,使风入竹,声如筝鸣”。于是乎,后人便把这种能发出声音的纸鸢称为“风筝”。
到了如今,虽然已经没有了这种区别,但是放风筝仍受到广大人民群众的推崇,成为一项喜闻乐见的娱乐活动,不少地方还有专门的风筝节,甚至有不少关于风筝的吉尼斯记录。比如2015年4月4日,在重庆武隆举办的国际风筝放飞节上,一条长达6000米的龙形风筝被成功放飞,被誉为世界最长风筝。这么长的大风筝是怎么飞起来的呢?
其实一点也不用觉得惊奇,比风筝还要重的飞机都能飞起来,何况一个风筝。那么飞机是怎么飞起来的呢?这需要提到一个定律,即伯努利原理:在水流或气流里,如果流体的流速小,压强就大,如果流速大,那么压强就小。这个原理是由机械能守恒推导出的,所以它仅适用于粘度可以忽略、不可被压缩的理想流体。
我们知道,飞机的机翼上表面要比下表面长,当空气遇到机翼后,从其前缘开始分离,又同时达到机翼的后缘,这样就达到了伯努利原理的要求,即机翼上表面空气流速大,产生的压强小,下表面的流速小,产生的压强大,如此一来,空气在机翼的上下表面形成了一个压力差,并且方向向上,为机翼提供上升的升力,飞机也因此而能够飞起来。风筝在迎风角较小的时候,其升力也大致如此。
什么是迎风角呢?还是拿飞机的机翼来说,机翼平面与前进方向的夹角,即机翼平面相对于空气运动方向的夹角,就是迎风角。风筝放飞时相对于空气的运动方向也有这么一个迎风角,正因为有这个迎风角,所以空气遇到风筝后,会分成上下两个流层。此时,通过风筝下层的空气因为受到风筝面的阻挠,其流速降低,气压变高;上层的空气没有阻碍,故而流速较强,相对下层的气压稍低,于是风筝获得了一个扬力,这便是风筝能飞起来的主要原因。
另外,还有两点不得不说:一、风筝想要飞起来,必须要在有风的情况下才可以;二、风筝必须通过提线的牵引才能飞起来,至于断了线的风筝,我们知道,它是飞不了多远的。所以,风筝是在风力、牵引力和先前说过的扬力这三个力的共同作用下才得以保持在空中的平衡。那么接下来我们就讲讲风筝在空中的受力情况。
在空中,我们假定风力的方向基本水平,而风筝所受风力的角度,以及上扬力的大小,则通过风筝的提线来控制。如果我们加大牵引力,也就是作用于提线上的力量,便可以使风筝的迎风角趋于45°,那么上扬力便会随着增加,这时的风筝就会飞高;当我们减小牵引力,那么在风力和扬力的合力作用下,风筝会飞得更高更远,但是我们必须快速地再加大牵引力,以再次保持风筝的角度稳定,使其达到平衡状态。
所以,当风力大的时候,便放线,当风力小的时候,则收线,如此,风筝便会一直飞在空中。
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