YhY_2022
26-07-26 00:56

昨晚没睡着,去看舵爷@方向舵舵机改 的升力原理正本清源视频,评论区果然热闹非凡,直接战斗爽了。我发这些出来并不旨在挂人,也不打算班门弄斧地再讲一遍升力原理,除了借我的回复再科普一些相关的小知识以外,还想说两件从中想到的有意思的点。
第一件事是物理思维。这些回复中有一段话出现了三次,代表当时评论区至少有三个人犯了相同的错误。有些人习惯于用朴素的线性思维去套一个复杂的自然现象,再加上被伯努利方程“由速度求压力”的简化描述误导,总是执着于在流体的速度场和压力场之中分一个先后,分一个因果。但实际上这二者是对同一个流场的不同描述,是同时出现相互影响,联立、耦合、不可分割的,伯努利方程在其中的作用是(在一定条件下)相互求解,在一次单向求解中,速度差和压力场也不是因果关系而是已知量和未知量的关系。P12 我还给出了微观角度的诠释。类比一下就像电磁波中的电场和磁场,也是这样联立、耦合、不可分割的两种描述。在物理思考中能够摒弃朴素线性的、暗含人格化主观化想象的思维,就掌握了初步的物理思维了。
气动问题真正的因果关系是:几何、来流条件与控制方程是因,包括微观分子运动分布和宏观速度场压力场在内的整个流场是果。升力也不过是一种人为定义的统计量,和其他宏观统计量一样,都是这个流场自然导出的一个结果。事实上根据我的观察,对这一步抱有疑惑的人有一类是潜意识里把“升力”这个东西神圣化、特殊化了,总预期有一种巧妙、戏剧性、并且最好不涉及复杂数学的解释,来满足对这个特殊属性的想象。实际上对一个流场而言,升力、阻力、以及我随意规定一个物理量对一个我拍脑门写的场函数作积分得到的一个量,没有任何本质区别,都只是一种自然而然的结果。但从来没有人怀疑“人类无法解释阻力”,因为阻力太平凡了。还有一类人则是听了个“NS方程没有解析解”就对所有流体力学陷入一种不可知论的空想,事实上如果这么滑坡人类什么也不知道。一个数学结果和实验结果对得上的东西,我们没有任何理由认为是无法解释的,这是符合科学的认识论和方法论的。
第二件事则是物理思维更进一步的物理直觉。在我看来,一个有物理直觉的人即便没学过任何具体的空气动力学,看到那个错误理论的“同时到达”那句话时也应该感到怀疑。我本来想说一眼假的,但这可能是我因为本来就会空气动力学而产生的一种知识的傲慢,所以我改成怀疑,你应该感到这句话不对劲。这首先来源于一种对还原论的执着。这句话没有证明,无法由任何底层的原理直接导出,也难以想象可以怎样推导出。至少在经典的世界里,每一条普适成立的定量规律背后都站着一个不变量——大部分时候是守恒量,而这些不变量是有限的,同时到达跟哪一条都对不上。再仔细想想,这句话暗含了一种目的性的假设,假设某个物理实体存在一种仅在人类的描述中存在意义的目的,也就是“要同时到达”,这又暗含两束气流在分离时存在某种先验的协调,或存在某种超距的相互作用——事实上在中性流体的世界中除重力外仅存在热辐射这一种超距的相互作用。
这样不对劲的事如果是实验现象的归纳,就代表背后一定存在尚不为人知的原理,历史上就有“光总是按照最省时间路线进行折射“这样同样十分不对劲的实验现象,最终证明这是更底层原理的自然涌现,动力学领域的最小作用量原理也被证明与牛顿定律等价。然而“同时到达”既没有任何实验现象支撑(甚至大量证伪),在理论解释性上更是not even wrong。
听说现在教科书里已经不存在这种错误解释了,只是笼统地定性描述为上表面流速大压强小,但很多教辅和老师都还在习惯性沿用老说法。这不仅是多教了一条具体的似是而非的知识,而是为了圆一个简化解释而人为塞进去一条不可还原的特设性目的论约束,这是不利于形成正确的物理思维和物理直觉的。

发布于 北京