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当一根电线杆被风吹时,是向前倒还是向后倒下去?这是一个流体力学的问题。
大风通过电线杆时,电线杆所受的力是一个圆柱绕流的问题。假定电线杆在地面上的受力是轴对称的,各个方位方向是均等的,那么,在高雷诺数下,电线杆如果倒下,是朝着前方倒下去的,也就是迎着风而倒下去的。
这种现象是反直觉的,可这是事实,可以用下面流体力学的知识来解释。
圆柱体在风场中的受力的合力由两部分组成,摩擦阻力和压差阻力。圆柱体受到的摩擦力的合力是向后的,即沿着风吹的方向,即风是推着圆柱向后移动的。而压差阻力则是推着圆柱向前移动的,这是因为圆柱后面的旋涡存在,而旋涡导致的圆柱后面的压力大于圆柱前面的压力,圆柱受的压力的合力则是向前的。当压差力的合力大于摩擦力的合力时,如果地面松动了,在大风的作用下,圆柱就会倒向前方。
水流流过圆球的情况与上面相同。
下面的视频,是本人今天早晨在公园跑步时看到的例子,这是一个很好的教学实验。水流从上坡流下来,并不能把小球冲走,反而是把小球锁死在那个位置不动,就是由于小球后面形成的旋涡,造成了较高的压力,这个压力高于小球前面的压力,这样由于这个压力差存在,推着小球在一个固定的位置静止不动。
河床落差大约0.8米,斜坡与水平面夹角大约40度。
视频画面:

视频文件1:
https://www.zhihu.com/video/1991744309884638100
视频文件2
https://www.zhihu.com/video/1991744088152749956
或者点击下面附件文件:
video_20260106_070045.mp4 (视频文件1,局部播放)
video_20260106_065952.mp4 (视频文件2,整体播放)
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