亞太科學教育論壇, 第五期, 第一冊, 文章八(二零零四年四月)
吳本韓、蘇若望
「飛行」和「紙飛機」的教學活動
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貳、飛機飛行的物理

2.2、錯誤概念（一）

高中物理課本大都會用翼型來演示柏努利定律的應用，但是部份課文內容把上下氣流速率的差別，說成是因為機翼上面的長度比下面的要長，上下氣流為了要同時在機翼後面會合，上面氣流的速率會較快（Nolan, 1993; Dobson & Grace, 2002）。這種解釋的出現很可能和翼型的形狀有關，部份課文甚至指翼型導致氣流速率的差別就是產生升力的的原因，它們忽略了平直的機翼也能導致氣流速率出現差別。這種說法亦不能解釋一些飛機為何能倒飛，而紙飛機更是和翼型扯不上任何關係。


以下我們會以簡單的計算來証明「同時到達理論」的錯誤之處，然後在下一部份用一些簡單的實驗來說明產生升力的主要原因。

以波音747-400ER 為例：

最大載重，W ≈ 400,000 kg

 

主翼面積，A ≈ 525 m2

 

巡航速率（於10700米高空），v ≈ 910 km h-1 （約等於253 m s-1）

 

 

（資料來源 － 波音公司747網頁： http://www.boeing.com/commercial/747family/technical.html）

假設波音747-400ER的機翼底部是平的，下面經過的氣流相對速率會和巡航速率一樣。

VL = v ≈ 253 ms –1

空氣密度（於10700米高空）= 0.38 kg/m3

用算式（2）來計算，得出vU = 323 m s-1。如果「同時到達理論」是正確的話，氣流經過機翼上下表面的速率和機翼上下表面的長度成正比。

      機翼頂部的長度：機翼底部的長度 = 323：253 = 1.28：1

下圖是以這比例畫成的機翼草圖，它顯示了一塊中間非常「厚」的機翼。

很明顯，機翼不可能有這樣的長度比例。在以上計算裏作了數項假設，當中最不能成立的就是「同時到達」這說法。風洞的實驗結果或電腦的模擬運算都顯示：機翼頂部的氣流要比底部的氣流快很多到達機翼後沿，而不是同時到達(Waltham, 1998; Eastlake, 2002)。此外，以機翼頂部的長度和底部長度計算氣流速率的差別，會發現單靠這些因素根本不能產生足夠升力令飛機升空(Raskin, 1994； Anderson & Eberhardt, 2001)。

 

Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 1, Article 8 (Apr., 2004). All Rights Reserved.