升力

中午在一家餐厅吃饭,门口有空调出风口,很大的风向下吹。这时门是关着的,出风口在门的内部。我随便推了下门,没有动。用了好大力气才把门推开。

这让我意识到,因为风在吹,外部一定有个空气的压力施加在门的上面。这个压力差来源于空气的运动速度不同。从我们的直觉上可以认为,这边的空气在不停的流失,外面的空气就好像被吸过来了一样。

固定翼飞机获得向上的升力,也是类似的原理。就像当初物理书上的解释,机翼上下面的结构不同,上面有点弯曲,下面则是平的,这样在空气中运动的时候,上面的气流速度就比较快,下面的空气就产生一个向上的压力,把飞机拖起来。

这个形象的解释看起来比较容易理解,但飞机机翼周围的气流比较复杂,实际的情况并非如此。我们就先姑且这么简单形象的理解吧。

飞机可以飞起来,但是需要消耗大量的能量,这些能量消耗在了空气分子与机身的摩擦撞击中。

随着速度的增加,空气阻力很快就会变得很大。就像我们开车,最省油的速度大致在80公里每小时左右。汽车的能量损耗在两个地方,一个是地面的摩擦阻力,另一个就是风阻了,摩擦力的损耗基本是常数,而空气阻力的大小跟速度成正比,随着速度的增加,空气阻力带来的能量损耗很快就占了上风。

有没有什么方式,可以通过很小的能量消耗,提供足够大的升力呢,因为悬浮在空中并不做功,理论上讲是可以不需要消耗能量的。

我们站在地球表面,并不会陷下去,是因为地壳结构坚硬,把我们拖了起来。空气就不行了,空气里的分子密度太低,无法提供支持。海洋类似,水分子之间力无法形成坚硬的结构。但是人跳到海里是会浮起来的,因为密度相差不大。

这样问题就简单了,想通过空气把物体拖起来,只要改变密度就行。我们已经制造出来这种东西了,就是气球。通过热气球,或者氢气球,或者其他气体,我们就可以不消耗能量悬浮在空中。早期人类曾经大规模使用飞艇作为交通工具。

飞艇和气球在当今世界中并不是主要的交通方式,这是因为他们使用起来并不方便,速度也不够快。

有没有其他的方式提供升力呢,不消耗能量或者消耗很少的能量就能悬浮在空中,姑且我们称之为反重力引擎吧。

在真空中物体不受重力限制,除非基础物理有重大发现,不然基本是不可能。

但在我们的世界就不一样了,地球周围有一二十公里高的大气层,大气层也是物质,气体中间有力的存在,可以通过一些手段,依靠大气把物体托起或者支撑起来。

飞机和气球,一个消耗能量,一个并不方便使用。如果我们可以找到另一种提供升力的形式,那么我们的世界将有革命性的改变。

比如,仅仅依靠太阳提供的能量就能把我们悬浮在空中。我们就可以构造一些飞行器,解决地球上的交通问题,上下班再也不用堵车了。

或者,我们可以把飞行器造的大一些,比如一百平米,这要就可以把各种家具放在里面了,为什么还要在地面上建房子?直接把飞船当家就好了。可以到处降落,外出旅游也不用住酒店了。我们的生活方式就会有革命性的变革。

古代人不制造移动的房子,不代表他们不想要,而是他们无法制造。人们是幻想过浮空城堡这种东西的。

解决这个似乎比较困难,毕竟空气密度太低,就像我们游泳,要想不下沉,就要不停的划,空气需要的划动速度更大。

要么是更大的体积,要么是更快的速度。