2.5　難以捕捉的“香蕉球”

第13屆豐田杯決賽時有一個精彩鏡頭：巴西著名球星蘇格拉底的弟弟拉易以看似向左，而實(shí)際向右的一記“香蕉球”踢進(jìn)了世界級門神比塞萊塔把守的“龍門”，使圣保羅隊(duì)?wèi)?zhàn)勝巴塞羅那隊(duì)而捧得豐田杯。“香蕉球”的最大特點(diǎn)是，走向撲朔迷離，弧度變幻莫測，即使最有經(jīng)驗(yàn)的門將也難以捕捉到它。所以重大比賽中，“香蕉球”往往能置對手于死地。

“香蕉球”原理，是德國科學(xué)家馬格努斯首先發(fā)現(xiàn)的，故稱為馬格努斯效應(yīng)，簡稱馬氏效應(yīng)。馬氏效應(yīng)可以從流體動力學(xué)的觀點(diǎn)來進(jìn)行解釋：“當(dāng)球旋轉(zhuǎn)時，與它直接接觸的那部分流體會被帶動著一起旋轉(zhuǎn)，并會相繼帶動相鄰的流體產(chǎn)生同樣的影響。”于是，在球體周圍就會產(chǎn)生一個跟它一起旋轉(zhuǎn)的附面層。在圖中，箭頭A和箭頭B分別代表球體及其附面層的旋轉(zhuǎn)方向。球左邊附面層中的空氣，方向與氣流方向相同，而在另一側(cè)，方向則相反。這樣，附面層與氣流運(yùn)動方向的差異，就會導(dǎo)致球體兩邊壓力的不同。在右側(cè)，即附面層的空氣與氣流方向相反的一邊，由于流速降低，而形成一個高壓區(qū)域。在左側(cè)，因附面層的空氣與氣流方向相同，流速增大，從而產(chǎn)生一個低壓區(qū)。球兩側(cè)壓差所產(chǎn)生的結(jié)果是，球受到一個從右向左方向的合力作用，故使球偏離直線路徑而沿曲線軌道飛行。

那么，流體動力學(xué)是一門什么學(xué)問，又是怎么建立起來的呢？

“香蕉球”分析圖

流體動力學(xué)是流體力學(xué)的一門子學(xué)科，研究的對象是運(yùn)動中的流體（流體指液體和氣體）的狀態(tài)與規(guī)律。流體動力學(xué)這門科學(xué)起源于古代中國、埃及、美索不達(dá)美亞和印度，它是隨著水利灌溉和舟船航行的需要對水進(jìn)行治理而出現(xiàn)的。雖然這些文明之邦都諳熟河道水流的本質(zhì)，但尚無根據(jù)說明他們曾經(jīng)提出過什么定量規(guī)律以指導(dǎo)其工作。直到公元前250年，阿基米德才發(fā)現(xiàn)并記載了有關(guān)水靜力學(xué)及浮力方向的一些定理。盡管水動力學(xué)方面的實(shí)際知識始終不斷地促使人們改進(jìn)并推動流體機(jī)械的發(fā)展，造出更好的帆船，建成日益錯綜復(fù)雜的運(yùn)河水系，然而作為經(jīng)典水動力學(xué)方面的一些基本定理，還是等到17～18世紀(jì)時才開始建立起來。牛頓、丹尼爾?伯努利、列昂納德?歐拉都曾為建立這些定理做出過巨大的貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)以來，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代流體動力學(xué)獲得飛速發(fā)展，并滲透到現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，例如在航空航天工業(yè)、造船工業(yè)、電力工業(yè)、水資源利用、水利工程、核能工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、采礦工業(yè)、石油工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，都會用到現(xiàn)代流體動力學(xué)的有關(guān)知識。

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二力的合成

（1）合力

如果一個力產(chǎn)生的效果跟兩個力共同作用產(chǎn)生的效果相同，這個力就叫作那兩個力的合力。合力是從力作用的最終效果來說的。

（2）同一直線上的二力合成

① 作用在同一個物體上的兩個力，如果在同一直線上，且方向相同，則其合力大小為這兩個力的大小之和，合力方向跟這兩個力的方向相同。

② 作用在同一個物體上的兩個力，如果在同一直線上，但方向相反，則其合力大小等于這兩個力的大小之差，合力的方向跟較大的那個力相同。

（3）互成角度的二力合成

作用在同一個物體上的兩個力互成角度，它們的合力可以用這兩個力為鄰邊作平行四邊形的對角線來表示。