風力和空氣阻力可否同時存在

【摘要】風力和空氣阻力是日常生活中普遍存在的空氣對宏觀物體的作用力，但在對具體物體的受力分析時，學(xué)生往往又容易把二者混淆，搞不清楚二者是否可以同時存在？本文從具體實例出發(fā)，分析了空氣對物體作用力的兩種效果，總結(jié)出風力和空氣阻力本質(zhì)上是空氣對物體作用力產(chǎn)生的兩種動力學(xué)效果的不同表現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】風力；空氣阻力；動力學(xué)效果

先讓我們從一個具體問題談起：

在上述問題中，跳傘員在空中的下落運動可以運用運動合成與分解的方法進行研究。

在水平方向上，一開始受到空氣作用的風力從靜止開始作加速運動，隨著其水平速度的增加，空氣相對跳傘員的速度減小，因而風力隨之逐漸減小，當跳傘員的水平速度增大到與風速相同時，風力就消失了，這時跳傘員在水平方向速度達到最大，此后隨風一起勻速運動，跳傘員和空氣在水平方向相對靜止。

在豎直方向上，跳傘員一開始受到重力作用從靜止開始加速運動，隨著下落速度的增加，空氣阻力隨之增大，當空氣阻力增大到和重力相等時，豎直方向的速度也達到最大，最終也變成勻速運動。

可見，跳傘員最終相對地面的速度是斜向下的，但相對空氣的速度是豎直向下的，因而最終只受重力和空氣阻力，并且空氣阻力f的大小與其相對空氣的速度vy有關(guān)，由題意有f=kvy2，f的方向應(yīng)也應(yīng)與豎直速度vy相反，即豎直向上。

通過以上分析，我們清楚看到，上述問題的第一種解法顯然是錯誤的，其根本原因是沒有認識到跳傘員最終只在豎直方向受到空氣的阻力，而水平風力不存在了。

可見風力和空氣阻力本質(zhì)上是沒有區(qū)別的，只不過是空氣對物體作用兩種不同動力學(xué)效果的具體表現(xiàn)，如果同一方向空氣流速（風速）大于物體運動速度，空氣作用力將使物體加速，表現(xiàn)為動力（就是我們通常所說的風力）；反之如果同一方向空氣流速（風速）小于物體運動速度，空氣作用力將使物體減速，表現(xiàn)為阻力（就是通常所說的空氣阻力）。所以在同一方向上空氣阻力和風力是不可能同時存在的，并且當風力推動物體運動時，在風力方向上隨著物體速度的增加，風力會逐漸減小，最終風力將消失。

【作者簡介】

楊周林（1962年9月生），男，漢族，陜西寶雞人，陜西師范大學(xué)物理學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)，中學(xué)高級教師，任教蘇州大學(xué)附屬中學(xué)，專注高中物理教學(xué)研究，現(xiàn)任江蘇對口援疆支教克州二中物理教師。