大自然是我們人類的好老師,在過去的日子裡,人類透過觀察和學習大自然中多姿多彩的生物,獲得了大量的靈感和知識,進而有了各式各樣的發明創造,例如飛機的發明,就與地球上的一種會飛的生物——鳥類有關。
那麼問題就來了,如果地球上從未進化出會飛的生物,人類還能發明飛機嗎?
人類是如何發明飛機的?
總的來講,人類發明飛機大概經歷了三個階段,第一階段是直接模仿鳥類,在此階段中,人類試圖透過扇動翅膀的方式(也就是撲翼式)來進行飛行,然而由於難度太大,這種嘗試都無一例外地失敗了,實際上,直到現在,人類也無法制造出撲翼式飛機。
第二階段可稱為“滑翔機階段”,在此階段中,人類意識到飛行器不應該模仿鳥類的撲翼式飛行,而應該透過不同的裝置來分別實現飛行器的升力和動力,根據這種思路,在1849年的時候,人類的第一架具有固定機翼的滑翔機實現了首次載人滑翔飛行。
在此之後,人類逐漸解決了飛行器的動力系統、控制系統等一系列技術問題,到了1903年,一架依靠自身動力、完全受控並且能夠長時間滯空的飛行器——“飛行者一號”,終於飛上了藍天,而這也標誌著人類進入了第三階段,從此開啟了飛機的時代。
可以看到,人類發明飛機確實跟鳥類存在著關聯,那這是否說明如果地球上沒有會飛的生物,人類就不可能發明飛機了呢?筆者認為,我們不要小看人類,就算地球上從未進化出鳥類以及其他會飛的生物,人類依然可以發明飛機。
為什麼這麼說呢?
從以上所述可以看到,在進入“滑翔機階段”之後,飛機的飛行原理就與鳥類出現了很大的差距,而說到這裡,就不得不提“伯努利原理”。
這個原理簡單來講就是:空氣在不同形狀的面流過時產生的壓力是不同的,因此如果將飛機的機翼上沿和下沿設計成特定的形狀,讓機翼下沿的空氣壓力大於上沿,就可以產生一個壓力差,從而為飛機提供向上的升力。
“伯努利原理”是關於飛機飛行的常見解釋,但它並不是飛機飛行的全部原理,一個簡單的例子就是,在一些飛行表演中,我們常看到飛行員操縱飛行進下上下顛倒的“倒立飛行”。
很明顯,如果飛機只是依靠“伯努利原理”來飛行的話,那當飛機進行“倒立飛行”時,就會直接摔向地面,但這樣的事情並沒有發生,那這應該如何解釋呢?其實這與牛頓第三定律有關,即:當飛機以足夠快的速度飛行時,只需要讓機翼有一點點仰角,前方的空氣就可以給飛機提供升力。
實際上,飛機的飛行原理其實是來自於空氣動力學,上述的“伯努利原理”以及基於牛頓第三定律的解釋,都只是空氣動力學的冰山一角,也就是說,人類只要擁有空氣動力學的知識,就可以發明飛機。
所以我們的問題就變成了,如果地球上從未進化出會飛的生物,人類還會發展出空氣動力學嗎?答案當然是否定的,要知道除了會飛的生物之外,在人類的身邊還存在著大量的與空氣動力學有關的現象,比如說在空中飛舞的樹葉,又比如說被風吹起的一張紙。
早在牛頓時代,人類就開啟了有關空氣動力學的研究,而人類研究的物件並不僅限於會飛的生物,為了獲得更好、更詳細的資料,人類後來還發明瞭風洞裝置,專門研究物體相對於氣體運動時的受力特性以及氣體的流動規律,事實上,人類發明的第一架飛機,就依靠了來自風洞的大量試驗資料。
因此可以說,就算地球上沒有會飛的生物,人類也會發展出空氣動力學,而人類一旦擁有了空氣動力學的知識,發明飛機就是遲早的事情了。
尾聲
就飛行而言,人類還發明瞭火箭、直升機、飛艇等各式各樣的飛行器,而這些飛行器在地球上已知的生物中是找不到“原型”的。總而言之,大自然確實神奇,但我們也不要小看人類的創造力。
好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見。
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