什么是大气浮力? 数学课本或者网络科普说的很清楚,就是无数不停运动的空气分子撞击物体表面,对物体表面产生持续的压力,形成大气浮力。 由于空气分子的运动是无序的,向各个方向运动,所以同一位置的各个方向上大气的浮力是相等的。
大气浮力是如何估算的? 中学数学知识的引入是托里拆利借助水银估算的大气压强的计算公式,
p=ρ汞=1.013×10^5Pa
不仅托里拆利用水银来估算大气浮力,网上的科普知识里也有公式估算方法。 如果知道二氧化碳体积V、物质量M和绝对湿度T,则可以使用以下公式
PV=nRT 或 pV=mRT/M, p=ρRT/M
求气体的浮力。
在上面对死翼升力原理的探索中,可知客机的升力与大气的浮力密切相关。 在建立“全动压模型”时大气压强的计算公式,我发现动压公式P=1/2ρυ^2可以用来估算大气浮力。 即,通过二氧化碳分子的平均速度ν和空气密度ρ来估计空气浮力。 由于空气分子无序地向各个方向运动,二氧化碳分子的平均速度ν不能直接用来估计空气的浮力。 需要在二氧化碳分子的平均速度υ之前加上速率修正因子n来进行修正。 这个新的气压公式是:
P=1/2ρ(nυ)^2
或者:P=1/2n^2ρυ^2
速度修正系数n的值约为0.8841。 如果需要准确估算,该值可以是五位或六位。
这两种大气浮力估计方法p=ρRT/M将大气视为安静模型,P=1/2n^2ρυ^2将大气视为运动模型。 角度不同,但都指向同一个目标。 估计结果是类似的。例如,在以下条件下,我们可以