我们大多数人都经历了乘飞机起飞的快感。随着发动机的转速和飞机在跑道上的隆隆声，提高速度时，预期会建立。然后，突然变化，振动停止，地面掉落了，您是空降的，这是由于飞行的魔力而高高的。但是，您是否曾经考虑过这个奇迹背后的物理学？尽管我们都知道机翼提供了电梯，但科学实际上远非简单。实际上，即使经过一个多世纪的动力飞行，关于解释如何使飞机在空中保持的最佳方式的辩论仍在继续，而解释不佳。
即使经过一个多世纪的动力飞行，关于解释如何使飞机在空中保持的最佳方式的辩论仍在继续。学分：Ralf Hettler/Getty图像
飞机机翼的形状旨在产生升降机，这是使飞机飞行的向上力。飞机机翼通常并非总是具有弯曲的上表面和平坦的下表面，而升力是两个表面之间压力差的结果。
“平等运输时间”解释
流行的虽然是错误的，但解释了机翼如何产生升降机的解释是，由于上表面是弯曲的，因此在机翼上方的空气比翼以下的空气更长，因此它必须更快地移动。然后引用伯努利的校长得出的结论是，更快的移动空气必须具有较低的压力，这会产生升力。这是空气动力升降机的误导性“平等运输时间”的解释，可以在许多教科书和在线（包括chatgpt）中找到。
气流速度比下方高得多。学分：de Kraaiennest - CC BY-SA 3.0
剑桥大学空气动力学教授霍尔格·巴宾斯基（Holger Babinsky）对使用这种神话来解释举重感到沮丧。在他的文章中，翅膀如何工作？他写道：“对升降机的流行解释很常见，很快，听起来是合乎逻辑的，并且给出了正确的答案，但也引入了误解，使用了荒谬的物理论点，并误导了bernoulli的方程式。”物理学上没有法律表明，在机翼的前缘分开的空气包裹必须同时到达机翼的后端。实际上，风洞研究清楚地表明，机翼上方的空气实际上比下面的空气快得多，在空气沿着下表面传播之前，到达了机翼的后缘。
巴宾斯基说：“升降机的产生不需要上面和下表面周围的距离不同”，并邀请我们“考虑帆，只不过是垂直翅膀（产生侧面力量来推动游艇）。”气流在帆的两侧都行驶相同的距离。
误导性的示威
“演示”伯努利的原理解释的一种常见方法是一端握住一条纸条，以使其从重力下方垂下。在弯曲表面的上部吹来会导致纸张上升。不可避免地说明，因为肺部弹出的空气的移动速度比周围的空气更快，因此其压力低于纸张下方的空气，因此条带升起。但是，离开肺部的空气与周围空气的压力相同。根据Babinski的说法，“使用Bernoulli方程式在纸张两侧之间建立连接是错误的。”虽然气压的差异会导致空气从较高压力的区域冲向较低的区域（风在风后的解释）时会加快速度，但改变空气速度（例如，吹来）不会影响压力。
机翼上方的空气速度的提高是由空气冲刺填充机翼弯曲形状产生的低压场引起的。学分：Deagostini/Getty图像
关于纸为什么上升的原因，一个更准确的解释是，它是流体射流粘在凸表面的趋势的证明。纸的表面在显微镜上是粗糙的，气流的边界层倾向于粘附在表面上。当纸张试图将气流向下重定向时，根据牛顿的第三运动定律（对于自然界中的每一个动作（力），弯曲的条例都有平等的反应），并升高。
牛顿胜过伯诺利在解释升降机时
但是，纸张演示有助于我们了解为什么气压在机翼上方比下方的翼高。正如肺吹到肺纸的表面上的气流粘在弯曲纸的表面上一样，气流的边界层也紧密地粘附在由于摩擦而与机翼曲率紧密相连。随着机翼上方的水平移动空气分子向下拉动以保持靠近机翼的弯曲表面，空气被有效地延伸到较大的体积中，从而在产生升降机的机翼上形成一个低压场。机翼上方的空气速度的提高（上面提到）是由空气冲刺填充由机翼弯曲形状产生的低压场引起的。
但是故事还有更多。当气流穿过机翼的弯曲顶部时，沿倾斜机翼的向下曲线向下偏转。再次应用牛顿的第三定律，如果机翼将气流向下重定向，则空气必须在翼的机翼上施加平等的向上力，即升降机。一个关键的见解是，机翼的上部和下表面之间的压力差，机翼的倾斜（向下空气偏转）和升力力都是相同现象的方面。没有其他两个就不可能存在。
机翼底面产生的升降机解释了为什么飞机有时会倒置，以及为什么带有平坦机翼的纸飞机可以保持高空。信用：Istock / Getty Images Plus。
机翼下发生的事情更容易解释。如果机翼的底面相对于气流（称为攻击角）倾斜，则它将在流过的情况下向下推，从而在机翼上产生相等而相反的（向上）的力（牛顿再次）。这种力在机翼下方表现为一个高压区。随着攻击角度的增加，产生了更多的升力，但是停滞的风险也会增加，当机翼上方的气流突然与表面分离时，会发生混乱，而某些升降机丢失了。现代飞机的系统旨在防止失速。
机翼底面产生的升降机解释了为什么飞机有时会倒置，以及为什么带有平坦机翼的纸飞机可以保持高空。当攻击角度最佳时，即使顶表面没有升力，也会在机翼下生成足够的升力以保持飞机的空气。正如巴宾斯基（Babinsky）所解释的那样：“负升力（颠倒飞行需要）只是飞机飞行的攻击角度的问题。”
因此，下次您看到飞机在头顶上飞翔，甚至是鸟飞行时，请记住，翅膀的弯曲形状和攻击角度向下重定向，造成压力差异，并根据牛顿的第三定律和向上的力给我们飞行的奇迹。
尼尔·拉尔森（Neil Larsen）