运动中的空气

运动中的空气

暖空气作上升运动，空气也从高气压区向低气压区移动。空气的运动就形成风，利用流动的空气来给气球充气，然后对气流进行测试。

材料：塑料瓶；气球；水桶或洗涤槽；热水；厚度不同的纸张；剪刀；线。

步骤：

1.充气球：把塑料瓶放入冰箱中，使其冷下来。将一气球吹起，再放掉气，使其松弛，把气球套在塑料瓶口上，把气球和塑料瓶放入装满热水的桶或洗涤池中。看看气球发生了什么变化？为什么？然后把气球和塑料瓶放入冰箱中，又发生了什么变化？为什么？

2.测气螺旋：剪一个直径为10—15厘米的圆形纸片，在中心处打一个眼，如图所示，将纸片剪成螺旋，把线打个结，用其将纸螺旋悬起。利用测气螺旋找出上升暖气流，若俯视该螺旋，则当它顺时针旋转时，表明有上升气流，将测气螺旋拎到合适的地方不动，观察30秒。找到下降气流了吗？将螺旋悬于已经亮了一段时间灯的地方，过一会儿看看有没有下降气流（当螺旋逆时针方向转时，表明有下降气流）？将螺旋悬于靠近地面处，然后尽可能将其提高。比较两种条件下，螺旋旋转的情况，用厚薄不同的纸及圈数不同的螺旋依次实验，找出测气螺旋的最佳设计方案。

话题：空气　物质的状态

空气分子发热，运动速度就会加快，空气就会膨胀（占据更大空间）。在“充气球”的实验中，热水使瓶中空气受热、膨胀，移动到气球中，结果气球就膨胀起来。瓶中空气遇冷，气球就缩小了。由于空气在封闭容器中膨胀时，气压升高（在大气中，空气不受限制，因此膨胀时，分子间距增大，造成低气压）。空气从高气压处移向低气压处。例如：空气从气球中冲出，是由于气球内的气压比气球外的气压更高，运动着的空气，就是风。两地气压差越大，风就越强。

热空气上升，冷空气下降，当受热空气（如由于与温度越高的地面接触）上升时，就产生了上升气流。冷空气（如：空气在低温高空处冷却）下降，就产生下沉气流，测气螺旋能帮我们测出周围的气流。地区间存在温差的空气大范围内的运动，是天气形成的一个重要因素，在某一地域，气流也会因地点及一天中时间的不同而发生变化。

教你一招

流动的空气称为气流。空气流过物体或物体在空气中运动时，空气对物体的作用力称为空气动力。

气流的特性

1.可逆性原理

物体在静止的空气中运动或气流流过静止的物体，如果两者相对速度相等，物体上所受的空气动力完全相等。

一般在研究，分析和实验时，采用气流流过物体的方法较为直观和简单。根据此原理只要相对速度相等，它的结果与物体在空气中运动时所受的空气动力就一样。

2.连续性定理

这是描述流速与气流截面关系的定理。气流稳定地流过直径变化的管子时，图1—1—2，每秒流入多少空气，也流出等量的空气。所以管径粗处的气流速度较小，而管径细处较大。可用下式表示。

S1V1=S2V2=常数

公式中：S代表管子截面积，V代表流速。

3.伯努利定理

是能量不灭定理在空气动力学中的应用，它描述空气动压、静压和总压之间的关系。

1/2ρv12+p1=1/2ρv22+p2= p0（常数）

公式中：1/2ρv2代表动压，p代表静压，p0代表总压。

流体在截面较大处（Ⅰ）仍流速较小，动压较小，静压较大，而在截面较小处（Ⅱ）流速较大，动压较大，静压较小。

气流的成因

一、什么叫气流？

简单地说，气流就是空气的上下运动，向上运动的空气叫做上升气流，向下运动的空气叫做下降气流。上升气流又分为动力气流和热力气流、山岳波等多种类型，滑翔伞一般利用动力上升气流和热力上升气流两种来完成滞空、盘升和长距离越野飞行。

二、气流的生成

气流的生成，非常复杂，热力气流的生成受各种天气、温度、湿度，空气温度递减率、地表温差、气压、等数据影响。一般来说，空气温度递减率越大、日照越充足、空气越干燥，热力气流的形成就越好。

三、气流的特点：

1.气流的惰性

气流往往走的是最短最近的途径。它是有惰性的，在参差不齐的山上，一直依赖于一个依托物爬升，如果是平地，没有激发物，它就趴着，向水平方向运动。

2.气流的释放点

在水平运动状态的气流如果遇到激发物，就沿着障碍物爬升，一直走到障碍物的最顶端，依赖于山的最高点，所以一段山形最高点的上方空域（山额），往往是气流的释放点。我们如果把山比做一个不规则的冰块，把冰块倒过来，水滴下来的位置是冰块最尖点，倒转回来，这就是气流的释放点。因而起飞前先要仔细判断山形，根据山体的起伏形态找到气流的激发点来制定飞行航线，这种方法可以使飞行员在越野过程中找到接续气流的点，利用它盘升高度，然后继续飞行。

3.根据场地判断气流

在群山环抱的场地中，气流出现的情况一般整幅连绵的山体来得复杂，所以起飞前一定根据不同的场地仔细判断。

对于山窝里的气流，一般来说，正迎风的情况下，气流在山窝里流速会比沟外的强，如果风力稳定持续的话，这样的动力气流可以利用；但是千万注意，在侧风的情况下，要防止假风和山窝里的回旋气流，这时的山沟里就绝对不能去。因为侧风的情况下山窝里会产生假象的上升气流和风力回旋，表面上高度表报告进入上升气流，但那有可能是风力回旋造成的假性上升，附近马上就会有一个向下的力，容易产生折翼等危险。

在整个山系有不同落差或风层走廊的情况下，要特别注意切力风层的出现。有时在某段高度内有时会出现两个速度不等、方向不同的切风，导致整个伞翼旋转或拍击，在这个情况下，如果高度足够的话，应尽快逃离；或主动失去一部分高度，脱离风层切面。

四、热力气流和动力气流的区别

（一）动力上升气流，就是水平运动的风在遇到山或者障碍物激发时，改变运动方向而形成的向上运动的气流，它的强弱大小受障碍物的大小以及风力大小的影响。

动力气流的特点是：

1.在迎风的山坡，风力稳定持续的话，动力气流应该是一样持续稳定的。

2.障碍激发物（山体）越高、坡度越陡、风力越大、动力上升气流就越强，上升区域就会增加；

3.完整山体的宽度越大，上升的速度和动力气流的幅面也越大；

4.动力上升气流的高度是有限的，它的高度一般可以超过山的高度的1/3左右。

利用动力上升气流可以使滑翔伞达到滞空和盘升的目的。寻找动力气流，要在坡度比较陡、山形完整的的迎风面，这样的情况上升速率是一样的。

（二）热力上升气流，是受日照、气压、温度、风力等气象条件和地形条件的影响形成的上升气流，它的高度可以从几百米到几千米，它的速率可以从几米至几十米/秒，所以在同一个场地，而天气条件下不一样的情况下，飞行所遇到的热力上升气流也不一样。在气象条件比较好的情况下滑翔伞可以利用上升速率在10米/秒的热力上升气流飞得很高很远。

由于地表热容量的不同，吸收热量的不同，热力气流就不同。举例来说，砂石吸收的热量最少，最容易饱和，但这时候日照还是继续，于是把多余的热量辐射给周围的空气，把周围的空气加热，所以沙漠、山石、裸露在阳光下的干燥地表等上空形成热力气流的机会很大；而有水、草地、湿润的地区受阳光照射后形成热力气流则比较慢，因为需要的热量很大，周围的空气都是冷的，它需要热量来蒸发水分，热力气流向上走的时候，两边的气流来不足，对它造成压力，从而形成相对意义上的下降气流；还有一种黄昏时的特殊热力回吐气流（俗称傻瓜气流），由于水面吸收了一天的阳光照射，在黄昏太阳落山前后，岩石等干燥地表迅速失温，而水面蕴涵的热力却依然强盛，热容比相对比较大，造成水面上是上升气流，而干燥的岩石地面上空却是下降气流的奇特现象。