广东湛江遭遇「摩羯」,台风天鸭群稳稳站立纹丝不动,台风为什么吹不动鸭子?这是什么原理?


三方面原因:鸭子腿短重心低 + 流线型身材阻力小 + 大脚掌站得稳。

大风来时,大家可能会习惯性的蹲下或者趴在地上,这时候人的重心低,在风中也会更加稳定,鸭子本身就比较矮胖,而且腿短,导致重心很低,自然不容易被风刮走。

第二个就是鸭子的体型了,鸭子的体型是一种接近流线型的形状。流线型物体可以使得气流平滑地沿着物体的表面通过,背风侧的涡流极小,对应物体所收到的风阻也越小。

鸭子身材秀

空气动力学中的阻力公式可以表示为

是阻力系数,

是空气密度,A 是物体的迎风面积,v 是气流速度。不同形状的物体,主要是通过影响阻力系数来影响阻力大小,通常流线型的阻力系数是最小的,所以,自然界中或者工业设计中,常见到这种形状。

比如,现实生活中,飞机的翅膀就是一种流线型的设计,如下图,细长的锥形指向背面。这种形状可以使得流动的空气在很长的距离上附着在飞机表面上,进而减小飞机受到的阻力。

飞机机翼的空气动力学模拟

下图展示了不同形状物体的空气动力学测试结果。其中,左上角的圆形,左下角的方形,和右下角的兔子形状,都比右上角流线型物体具有更大的风阻。

圆形物体,在物体的背风侧有比较明显的涡流现象。PS:想要减少圆形物体的风阻,可以考虑高尔夫球的做法,也就是在球面上增加很多凹槽,这样就会使得风贴近球面。

方形物体引起了强烈的涡流现象,特别是在迎风面的边界处,而且背风侧产生大规模的不规则涡流,气流无法顺利绕过物体,这对应着风阻很大。

复杂形状,如兔子,气流在复杂轮廓周围会产生局部涡流,比如耳朵处还有背风侧,这种非规则形状导致局部区域气流的分离和再附着,会有明显的不规则涡流,阻力就大了。

与之对比,流线型明显得减少了气流边界层分离以及低压区的形成,所以对应的阻力是最小的。鸭子的体型接近于流线型,所以在风中有较小的阻力,也就不容易被刮倒。另外,鸭子的羽毛结构也有助于分散风力,让风从身体表面顺滑通过。

空气动力学测试,来自 B 站 CFD 之音 https://www.zhihu.com/video/1815790010835808256

最后一个原因就是鸭子的脚掌了,鸭子有个大脚掌,还有脚蹼,所以与地接触面积大。我们知道,物体倒下的物理力学原因是:重心超出了支撑面积的范围,所以物体才会倒下;如果重心保持在支撑面积的范围内,物体才会处于稳定。

那么鸭子的大脚掌,无疑给身体提供了大的支撑面积,所以上身的重心,不容易超出支撑面积,所以就不容易倒了。

最后,总结一下,鸭子腿短重心低 + 流线型身材阻力小 + 大脚掌站得稳 让它们在台风中稳稳站立。


另外值得一提的是,台风的风速在垂向方向上,并不是一样的。赵林等[1]统计了距离台风中心不同距离的风速的垂向分布情况,如下图。下图一共包括 25 个子图,每个子图代表距离台风中心一定位置的垂向风速观测结果(距离数值在子图的中上位置),子图的垂向轴代表高度,纵轴代表风速。

具体说,7~12 位置的观测显示,垂向风速剖面形态呈现近似 S 形,即水平平均风速在近地面一定高度范围内持续增加达到极大值后,又持续降低直至风速稳定或再次增加;14~19 位置显水平风速达到最大值后又以相对缓慢的速度衰减。

总之,地面上的风速由于摩擦力较大,通常比高层的风速较小,这也是鸭子能够稳定站立的原因之一。

台风不同位置处,水平风速随着高度的变化情况
我国的「斤」用了上千年,为何和国际接轨后,恰好是 500 克?
上一篇
抱团取暖的企鹅最外层会被冻死吗?(企鹅会不会被热死)
下一篇
本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,一经查实,本站将立刻删除。

相关推荐

  • 苹果手机各个功能介绍,iphone必须关闭的十个功能

    1、关闭蓝牙。现在已经很少有人用蓝牙传输文件了,而且iPhone与安卓的蓝牙并不兼容,所以,可以在设置中,关闭蓝牙功能。2、关闭通知功能。关于APP推送,无非也就是一些更新提醒,关了也不会有什么影响,还能多省点电。3、关闭自动调节亮度功能。一般来说,可以将屏幕亮度在15%-30%之间,在强光环境中,在进行手动调整就可以了。4、禁止后台刷新。在设置—通用中,关闭后台自动刷新功能,也可以对省电起到一点...

  • 高德打车怎么设置途经地,高德如何添加途经路线

    1、点击高德地图APP界面底部的“导航”按钮,进入导航模式。2、点击右下角的“路线”,进入路线设定页面,根据要求输入起点、终点进行路线规划。3、点击“添加途经点”,弹出添加途经点页面,点击右上角,可以添加或者删除途经点,乘客可以手动输入要添加的途经点。4、当添加完途经点时,点击“确定”按钮,即可添加途经路线。此时地图会显示出这条路线上所有的途经点,以及当前途经点的地点信息。怎么设计高德地图设置要经...

  • 高中必修二物理知识点总结,高一物理必修2重点知识点归纳

    您好,1.运动学-位移、速度、加速度的概念及计算方法-相关运动的分析方法,如相对运动和抛体运动-牛顿运动定律及其应用2.力学-力的概念及种类,如重力、弹力、摩擦力等-牛顿第一、二、三定律及其应用-力的合成与分解-能量、功、动能定理、功率的概念及计算方法-动量、冲量定理及其应用3.热学-温度、热量、热能的概念及计量单位-热传递的方式及其特点,如传导、对流、辐射-热力学第一、二定律及其应用,如热机效率...

  • 为什么世界上没有一只耳朵的动物?(为啥所有动物都有两个耳朵)

    螳螂只有一只耳朵。螳螂的耳朵位于身体的腹部中线位置,具体来说是在后胸的腿之间。下图 B 是图 A 中耳朵区域的放大图,显示了鼓膜(tympana)的位置。箭头(G)指向包含鼓膜的凹槽。图 C 展示了右...

  • 周公旦的封邑到底是鲁还是周?(周公旦被封在鲁国还是周国)

    这个问题,我们简单地回答一下,简单地说,周公旦和其次子承袭的是“周”这个族氏,长子伯禽封鲁之后,鲁就成为了一个单独的系统,不再属于“周”。我们还是通过几件青铜器进行梳理,首先,周公旦确实是出现在青铜器...