科普|忙趁东风放纸鸢的你,知道风筝飞行的原理吗?
中国科普博览 2023-05-09 21:00

风筝作为一项古老的民间体育活动,有着两千多年的历史,一直融入在中国传统文化之中,风筝文化逐步成为我国民俗文化的重要内容之一。清代诗人高鼎看见一群活泼的小孩在大好的春光里放风筝的生动情景后,写下了那首著名的七言绝句《村居》。春天正是放风筝的好时节,说到风筝,就不得不想到潍坊的国际风筝节。

近日,第40届潍坊国际风筝节开幕,来自59个国家和地区的600多名风筝爱好者云集山东潍坊,比试风筝扎制水平和放飞技艺。看着满天飞舞的风筝,不由得让人感叹如果天空是倒过来的海,那么风筝便是会飞的鱼。有人说“在潍坊,没有什么是不能上天的”,风筝节上的风筝造型奇特、大胆,让人不得不惊叹一句“这也能上天”?

那么,如果问你风筝是怎么飞起来的?你也许会不假思索地回答“这还不简单,是风吹起来的呗”。但如果再追问下去,风用什么力量怎么就能把风筝举起来?想来不少人就不甚清楚了吧!

要想知道没有动力装置的风筝是怎么飞上蓝天的,我们先来观察一下风筝的结构特点。首先风筝的形状是流线型的,并且前方一般都是尖角的形状,这种形状有助于划破前方的空气;除此之外,选取为制作风筝的材料一般也具有材质较轻且坚固的特点;并且风筝尾部一般都会拖着一个长长的尾巴,有做成蜈蚣形状的,有做成龙形的,还有的风筝带了两个尾巴。这个尾条可不仅仅是装饰为了好看,它也是风筝能够稳定飞行的关键部位。这些结构特点对于风筝的天上飞行都至关重要。

了解完这些后,我们再来对风筝进行简单的受力分析。在空中飞翔的风筝主要受到3个力的作用,分别是自身的重力、风的推力和风筝线的拉力。其中,风的推力可以分解成:推着风筝上升的升力和阻碍风筝前进的阻力;而风筝线的拉力也可以分解成两部分,一部分跟重力一起拉着风筝向下,另一部分拉着风筝向前。所以说,如果想让风筝飞起来,就要保证风筝受到的竖直向上的升力,大于竖直向下的重力和拉力。能为风筝提供升力的只有风,也就是说,风筝能否飞上天,主要还得看风给不给力,所以无风天气通常是不适合放风筝的。相比于高空,地表的风往往比较小,所以助跑也是关键的一步。当我们拉着风筝跑时,风筝和空气将发生相对运动,等到飞起来一定高度,风速可以提供足够大的升力的时候,风筝也就能够飞起来了。

有经验的小伙伴肯定听说过这样一句话,“风大放线,风小收线”,这其中又蕴含着怎样的科学道理呢?要解释这个问题,我们得先了解一下迎角的概念,所谓迎角就是风筝平面与相对风流之间的夹角,而风筝要想获得升力就必须存在一定的迎角。为了保证风筝在飞行的过程中存在迎角,风筝线一般会选择系在中心轴且重心偏上的位置。对于正在空中飞行的风筝,我们唯一能做的就是调整拉力,“风大放线,风小收线”这句话其实说的就是通过调整拉力的大小来改变迎角,这样风筝才可以稳定地飞行。

对于稳定飞行,前面我们提到,风筝尾巴便是风筝能够稳定飞行的关键部位。其实尾条的作用有两个:一是为了降低重心,二是为了增加恢复力矩,为了防止风筝沿着转动轴转动,一旦发生风筝转动的情况,尾条就给摆正了。

掌握了风筝和风之间的微妙关系后,放风筝还要注意顺应气流、避开潮湿。相对来说,气流平稳、干湿适中的春、秋季是放风筝的黄金季节。

家长教孩子放风筝是让孩子对空气动力学产生兴趣的好途径,但是在这过程中也不能忽视了安全问题。在电影《追风筝的人》里,提到了一种风筝的比赛形式,具体的玩法就是,让自己的风筝靠近别人的风筝,然后用自己的风筝线压低别人的风筝线,从而“降低”或者“割断”别人的风筝。可见,风筝线在绷紧的情况下如同利刃,能轻松切割物体。而且风筝线很细,不容易被发现,飘在空中就如同隐形杀手。撞上风筝线,轻则受伤,重则丧命!

编辑/王静

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