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科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应

  科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应

  看起来很荒谬,实际上很科学的事,可以罗列出很多。这里提供三个现象以供参考,分别是喷水加力,织女星将成为北极星,以及扎尼别科夫效应。

  一、喷水加力

  喷水加力是一种通过喷水(或喷液)的方法增加发动机动力的方法,主要应用在飞机上。什么?往发动机里喷水还能加力?事实确实如此,活塞发动机和喷气发动机都可以使用喷水加力技术来达到短时间内“打鸡血”的效果。

  对于活塞发动机,将水雾化后喷入汽缸,可以降低进气温度,从而增加了空气密度,相当于增加了进气量,还可以使燃烧更平顺,降低氮氧化物排放。此外,液态水受热汽化后膨胀,提高了压缩比,也能增加动力。但水毕竟对汽缸有腐蚀作用,还可能造成缸内压力过大,所以这种大招不能常用,像大名鼎鼎的P51H野马战斗机,也就用个几分钟到十几分钟。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图1)

  对于喷气式发动机来说,其推力主要是通过将吸入的空气加热膨胀,向后喷出而产生的,因此进入发动机的空气流量与推力有着密切的关系。向进气道内喷水,同样能够使进入发动机的空气温度骤然降低,密度增加,空气流量随之增大,同时喷进了额外的水还直接造成了流量的增大,在这种双重作用下,发动机的推力得以增加。这种现象可以很好的弥补因高温造成的发动机推力损失,对一些大型飞机,如轰炸机、运输机和民航客机尤为有利,特别是在起飞过程需要更大推力的时候,下图就是B52轰炸机开启喷水加力后黑烟滚滚的场面。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图2)

  二、织女星将成为北极星

  北方夜空中那颗孤零零的北极星(小熊座a),是多少人对星空的最初印象。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图3)

  北极星的位置非常靠近北天极,人们通常看到,在忽略因地球自转导致的小范围旋转后,北极星的位置是不会变的。然而,地球自转轴的指向并非一成不变。在陀螺运动中,陀螺的自转轴会绕着某一中心轴旋转,称为“进动”,地球也是如此,地轴也在绕黄轴进动,周期大约是25800年。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图4)

  因此,北天极在星空中是会缓慢移动的,每25800年转一大圈。有趣的是,在大约14000年后,天琴座a,也就是璀璨的织女星将成为北极星,多么壮观而又不可思议的景象!

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图5)

  三、扎尼别科夫效应

  扎尼别科夫效应,是前苏联航天员弗拉基米尔·扎尼别科夫发现的。他在太空中执行任务时,发现在微重力中旋转的蝶形螺母会周期性翻转。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图6)

  这种神奇的现象是由于“中间轴定理”造成的。如果一个物体沿X、Y、Z轴旋转时,有三个不同的转动惯量,就认为其有3个不同的惯量主轴。“中间轴定理”认为物体只有在绕着具有最大转动惯量和最小转动惯量的主轴旋转时才比较稳定,而沿着中间那个不大不小的惯量主轴旋转时,会发生周期性翻转。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图7)

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图8)

  跳水、体操等运动员会经常运用中间轴定理,通过胳膊和手部姿态的变化,使自己在旋转时处于中间轴状态,从而作出空中转体动作。

科学现象:喷水加力、织女星将成为北极星、扎尼别科夫效应(图9)

  以上分别列出了三种奇特但又蕴含科学原理的现象。咋一看会认为其荒谬,这是因为人们在生活中形成了思维定式,会不由自主的想象一种自以为正确的答案,殊不知在看似不符合常理的事情背后,往往隐藏着更加合理的解释,这也是科学的魅力之一吧!

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