第二个情景,风筝在无风情况下能不能起飞?先思考一下,上面提到的空气的力是什么,中学科学课本中提到,空气在不同的流速下会有不同的压强,当压强高的区域向气压低的区域移动时候,就形成了风 。在无风情况下,空气中各个区域的流速是一致的,也就是空气密度分布均匀,此时风筝在飞行过程中无论哪个朝向,空气流速相对风筝各部分也都是相等的,不能形成压强差,也就无法给风筝一个力 。所以,风筝起飞需要风 。
通过以上两个场景的分析,我们了解到,放风筝需要借助风的力量 。
同时,同学们还应该知道,大多数情况下,我们在地面上遇到的不是强对流风,而是地面风,地面风流动方向基本平行于地面 。当风筝横断地面风时,风筝迎风的一面阻塞空气分子,改变了空气分子动量,产生一个垂直风筝面的力,若此时风筝倾斜,这个力分解为两个方向的分力,一个是与地面风流方向一致的水平分力,另一个力是竖直向上的分力,这个力即为风筝飞升的升力,也就是我们所说的扬力 。
从大气压强角度来解释,风筝在空中受风作用,风筝下层的空气受风筝面的阻塞,空气的流速减缓,大气压强升高;风筝上层的空气流速相对较高,大气压强较低,使风筝上下面形成压强差,在扬力即是由这种压强差而产生的 。
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根据力的分解可知,风筝在飞行过程中自身的重力大小不变,方向竖直向下;扬力随风力大小而改变,方向垂直于风筝表面斜向上;而牵引绳的拉力随人手施加的拉力而改变 。当扬力的竖直分力大于风筝自重和牵引绳拉力的竖直分力时,风筝会越飞越高;当扬力的水平分力大于风筝自重和牵引绳拉力的水平分力时,风筝会在水平方向远离我们所处的位置;而当风力、牵引力和扬力这三个力达到受力平衡时,风筝就会稳定地漂浮在空中 。
了解了风筝的受力情况,我们就可以有针对性地放风筝了!
在起飞阶段,风筝需要受到足够大风力的推动,才能从我们手中起飞,而在当风力不足以托起风筝时,我们还会通过助跑来增加风筝受到的扬力 。
此外,合适的角度可以让风筝很快受到足够强并且倾斜向上的扬力,如果要想风筝的扬力越大,风筝牵引的线与地面的夹角就要越大,这样就会飞得更高!
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兴趣小组
高压线附近为何不能放风筝?
天气晴好时,放风筝是不错的休闲活动,但在快乐玩耍的同时,安全意识别忘记 。
大型风筝线的材质多为凯夫拉线或特多伦线,其特点是不容易断 。这一根根纤细的风筝线,虽然看上去毫不起眼,却可能成为伤人“利器”,可以是隐形的利刃 。
近年来,因风筝放飞后失控,风筝线伤人、毁物的案例屡见报端 。2019年10月,坐落在西湖边的宝石山上的保俶塔,其塔尖就曾因风筝线缠绕拉扯导致倾斜 。据介绍,保俶塔塔尖内有混凝土柱子,外部是一层明代的青铜外壳,因塔顶风速大,风筝线拉扯的力度之大远超想象 。
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从物理学的角度来说,风筝线的“杀伤力”与材质、风力大小、风筝的面积和高度,及风筝线瞬间作用于皮肤的力和时间长短等因素有关 。风筝线越细,被切割物体运动速度越快,风筝线与物体接触时间越少,产生的作用力就越大,换句话来说就是对与之接触的人体伤害越大 。
以一名体重为50公斤的人为例,当其以每秒5米的速度,与直径0.5毫米的风筝线相撞,接触时间大概为1秒,接触长度为10厘米,根据物理学中的动量定理以及压强公式推算,其与风筝线相撞时的压强达到2兆帕斯卡,这约相当于100斤的物体压在一个指甲盖上的压强,伤害非常大 。
建议大家在放风筝前做好充分防护准备,不要盲目选用面积较大的风筝,以防在强风下难以控制 。同时,放风筝要选择空旷的场地,避开建筑物和树木,设置高压线的地方和公路、铁路两侧绝对不能放风筝 。另外,在放风筝的时候,如果风筝挂在了树上无法取下,请不要一走了之,更好剪断风筝线,避免悬浮的风筝线绷紧后伤及路人 。
值得一提的是,根据我国《电力法》等相关法律法规,高压线附近300米内,都属于禁放飞风筝的区域 。因为对于高压电线来说,空中的风筝线算是导体或半导体,风筝线两头一旦各搭着高压电线,就很容易引发线路短路,导致跳闸停电 。短路的电线燃烧后还可能掉落,导致人畜触电伤亡,或是造成火灾 。
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