八年级|物理老师说:学过力学,你应该这样放风筝!

发布于 2021-04-22 13:31 ，所属分类：知识学习综合资讯

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春风送暖，又到了广场上风筝四起的时节。风筝，亦称风琴、纸鹞、鹞子、纸鸢。古代称之为“鹞”，北方谓之“鸢”。最早发源于中国，至今已有2000多年历史。据说巧匠鲁班就曾“削竹为鹊，成而飞之”，应当说这是风筝的前身。五代时期的李邺，曾在宫中以线放纸鸢为游戏，又别出心裁地在鸢的头部安装竹笛，风入竹哨，发出像古筝一样的响声，因此得名“风筝”。

风筝虽然大家都玩过，但是把风筝放飞，确实还需要一些物理知识才行，结合咱们最近学习的力学，今天就由妙谈君带领各位少侠探究一番风筝的力学奥妙吧！

风筝是一种比空气重的，能够借助风力在空中漂浮的制品。自古以来放风筝就是广大劳动人民热爱的娱乐活动。放风筝必备的客观条件：风筝一只、备线滚轮一个、开阔的空间以及最重要的——速度合适且稳定的风。

在放风筝的全过程中，有经验的人往往会控制风筝的中轴线正对风吹来的方向，同时使风筝以头部朝上的姿态保持和水平线有5°-30°的倾角（我们称之为迎角），并且令两翼的连线与地面平行，如下图。我们分析一下为什么这样的姿态可以保证风筝的爬升，滑行和降落。

风筝在飞行的全过程中收到的力主要有：重力G、风的推力F、升力以及风筝线的拉力T。对于更精细的模型，还会有摩擦力，这里不考虑。设气流以大小恒定的速度吹向风筝，风流动到风筝底部时会受到阻碍，进而产生一个垂直于风筝平面的推力F。同时，由于风筝下侧风速下降，风筝两侧的气流速度出现差异，上侧的风速大，下侧的风速小，根据流体压强与流速的关系得知：上侧压强小、下侧压强大，因此会产生向上的升力。但由于风筝的外形构造导致这一效应不甚明显，所以这不是我们考虑的重点。以上我们可以得出这样的论断：

风速越大，在风筝形状不变的情况下风筝面积越大，对风的阻碍越明显，受到风的推力就越大。

如何让风筝起飞

为了让风筝起飞，除了等风来之外，我们还需要增大风相对于风筝的速度。这时我们采取的策略是迎着风，手持风筝短距离助跑，边跑边适度放线。近地面两三米的地方风往往无力，需要通过牵拉风筝线来“渡过难关”。为了让风筝爬升，需要推力在竖直方向上的分力F₁不小于风筝的重力G与拉力在竖直方向的分力T₂之和。

需要注意，风筝在上升过程中需要适当地放线。可以用手轻轻压住滚轮，当上升趋势剧烈时滚轮会自动放线，反之则不会。这样可以避免因过度放线导致风筝失控的局面产生。我们不能忽视在升起的同时气流还提供了一个向后的分力F₂，这个力的作用在于保持风筝的平衡。风筝升起以后，我们就不再需要过大的升力。因此我们的工作转变为保持风筝在一定的高度稳定飞行。这时候，我们通过顺势降低风筝与水平面的夹角，可以减小升力，使其与重力基本平衡。

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如何让风筝保持在天空

滑行的关键在于保持风筝的稳定，在高于地面100米左右的空中，肉眼观测的结果表明气流的速度大于地面速度，并且更加不稳定，不稳定性表现在：风速大小的不稳定性和气流方向的不稳定性。风速大小的不稳定性导致了风筝可能在滑行的过程中突然失去升力，向下坠落。这个时候我们需要做的就是提供一个向上的升力。怎么做？牵拉。重复做牵拉运动可以保持风筝短时间内维持标准姿势，当风速恢复到足够大时，风筝就可以继续滑行。

气流方向的不稳定性是一个比较难以解决的问题，我们考虑当变化不剧烈时的措施。气流方向的变化往往会使风筝整体绕中轴线旋转过一定角度，这样的姿势会使风筝向一侧倾斜的同时不断下落。在这个过程中，中轴线朝向会发生微小改变，最终朝向风的来向。我们要做的是在中轴线调整好自己的位置前保证风筝不落地。

这一过程的难点在于我们不能通过简单的牵拉调整方向，相反，直接牵拉会破坏中轴线的自行调整，加大风筝侧旋的角度。这时候我们需要采取的措施是调整自己的站位（俗称：跑），使得风筝线与中轴线处于同一个平面，这时候再牵拉就可以调整好风筝的位置，下面我们只需要让其重新上升就好了。需要注意的是，跑位时不能只看风筝，还要注意周围的障碍物，鉴于大家放风筝多数是在广场公园，树木枝桠丛生，更要注意。风筝线一旦挂在树枝上结果就只能是筝坠人流泪了。

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如何收起风筝

那么如何收风筝呢？收风筝过急容易导致风筝失去平衡，收风筝过缓则容易在应对气流的不稳定性过程中致使风筝反复爬升。一个简单的做法是，边收线边往前走。这样可以保证风筝不会因为旋转角度过大而侧翻。当风筝收到近地面三四米的时侯很可能会突然坠落，这与爬升陡降（迎角过大导致推力在竖直方向的分力小于重力而突然坠落）的道理相同。这时候我们要做的就是以英雄救美的姿态去接着它。即便没有接住，它也不会太受伤。

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风筝的升华

放风筝这一乐趣与技术并存，情怀与难度兼备的休闲娱乐活动在我国文化中有不可动摇的地位，一直广受老百姓的热爱。某些青少年却对在广场上四处跑位、牵拉感到羞愧，害怕受到同龄人的嘲笑，这是不可取的，为光荣而伟大的放风筝事业做出贡献，永远不是一件不好意思的事情。我们不仅要放风筝，更要叫上朋友放风筝，更要发动人民群众一起放风筝，这样才能让放风筝这项活动深入到群众中去，这样才能让放风筝这项活动散发出无穷的生命力。怀着无穷的革命热情，“腹有诗书气自华”，牵拉，跑位，都尽显着优雅，自然就不必担心他人的看法。

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