摘要:为什么射箭还可以拐弯?这个问题看似来自影视桥段,但背后其实涉及一个非常有趣的空气动力学问题:飞行物体的稳定性与扰动响应。
今年春节档电影
《镖人》中
越剧演员陈丽君咬掉箭羽
射出拐弯箭的场景
令不少网友印象深刻
也正因这一名场面
“咬掉一侧箭羽能不能射出拐弯箭”
在社交平台上掀起热烈讨论
近日,中国科学院物理研究所进行了科普,给出了明确结论:
“咬掉一侧箭羽不仅不能让箭优雅地绕弯,反而会让它飞得又歪又短,甚至原地翻滚。”
全文如下
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为什么射箭还可以拐弯?
这个问题看似来自影视桥段,但背后其实涉及一个非常有趣的空气动力学问题:飞行物体的稳定性与扰动响应。
咬掉一侧箭羽不仅不能让箭优雅地绕弯,反而会让它飞得又歪又短,甚至原地翻滚。很多人以为箭羽只是传统工艺的残留,其实不然。箭羽的作用类似于飞机的尾翼、导弹的方向舵、羽毛球的软尾,它们共同的目标是让物体头朝前、稳着走。具体来说,箭羽的主要功能是提供静稳定性。箭的重心靠前(箭头金属重),而箭羽位于尾部,增加尾部的空气阻力面积。当箭飞行方向偏离时,尾部受到的空气阻力更大,形成恢复力矩,把箭拉回正轨。这就像不倒翁,偏了也会自己回来。
此外,由于箭杆必须从弓的侧面出发,被弦推动时会发生横向振动。箭羽可以提供横向阻尼进行矫正,抑制箭的横向振动。螺旋式箭羽还可以使箭在飞行中缓慢旋转,产生陀螺效应,进一步增强方向稳定性。这一点和步枪膛线让子弹旋转的原理如出一辙。
如果咬掉一侧箭羽,原本对称的空气阻力被打破。箭尾一侧受风面积大,另一侧小,飞行中会产生持续的侧向力矩,导致箭体不断偏转。这种偏转不可控也不可预测,因为空气流动太复杂,微小差异会导致巨大结果偏离,这是混沌系统的典型特征。现实世界中也有箭术高手可以通过调整搭箭点等方式射出拐弯箭,但在电影中的咬掉一侧箭羽从而使箭发生偏转命中对手,是进行了艺术加工,基本不可能存在于真实世界中。
来源:中华视点