有很多平常的自然现象，都是不能用物理学上的简单的原理来说明的。甚至就像起风的日子里，在海洋上时常能够见到的波浪现象，也不可能在中学学校的物理教科书里解释明白。当轮船行驶的时候，从船头散向平静的水里的波浪是怎么引起的呢？旗子在刮风的时候，为什么能够飘荡得这么急呢？海滩上的细沙为什么会排列得像波浪呢？工厂烟囱里冒出的烟为什么会是一团一团的呢？
图77 液体在管中平稳地流动（片流）。
图78 液体在管中旋涡流动（湍流）。
要弄清这些以及其他与之相仿的现象，必须懂得液体和气体的所谓涡流运动的特质。在这里让我们稍稍多说些涡流现象，并且指出它们主要的特质，因为在学校的教科书里面，这样的现象基本上是讲不到的。
假如在管子里流着一种液体。倘若液体里面全部的微粒在管子里完全是顺着一些平行线前进的，那么在我们眼前便是一种最为普通的液体运动方式——平静地流动或者像物理学家讲的“片流”运动。然而，这种现象并不是最常见的。相反，液体在管子里不平静地流动却是最常见的现象，有很多涡流要从管壁流向管轴。这便是所说的涡流运动，也叫做“湍流”运动。比如自来水管里的水便是这么流动的（细的水管除外，细管子里面的水是片流的）。一种液体在一定粗细的管子里面的流动速度达到一定大小的时候，也就是达到所谓临界速度的时候，经常有涡流的产生。
我们让一种透明液体流经一根玻璃管子，在液体里面放置些很轻的粉末，比如石松子粉末，我们就能够借它用眼睛看到在管子里面流着的液体的涡流了。这时能够非常清楚地看到从管壁向管轴前进的涡流。
涡流的这一特点，在制造冷藏器和冷却器的技术上都是要利用的。在管壁冷却着的管子里，有涡流的液体一定会让全部的液体触及冷却壁比没有涡流的液体快。应该记住的是，液体自身是不太容易导热的，要是不去搅拌它们，它们冷却或者增加温度都很慢。血液和它流过的每个组织之间，之所以可以快速地交换热和物质，也就是因为血液在血管里流动不是片流而是涡流。
上面对管子说到的全部内容，一样可以运用在露天的沟渠和河床之上：在沟与河里，水也是涡流前进的。当精确勘察河流速度的时候，仪器能够显现出一种脉动现象，尤其是在接近河底的位置：脉动现象表明水流在经常改变方向，也就是说在起着涡流。河水不仅顺着河床前进，就像平常联想的那样，而且还要从河岸流向河的中央。于是水在河深处的温度一年四季都是相同的（常常是＋4℃），这样的说法是不对的：因为在接近河底的地方流动着的水的温度，常常是在被搅和着，和河面上的一样（湖里面的状况不是这样的）。在河底附近形成的涡流会带动轻沙，让河的底部显现出沙“波”。同样的沙波也可以在波浪所能淹没到的海边沙岸上见到（图79）。要是靠近海底的水流是平静的，那么海底的沙面就是平滑的。
图79 海岸上由于水的涡流作用而形成的沙波。
图80 在流动的水中由于形成了涡流，绳子波浪状运动。
这么说来，在被水冲过的物体的表面附近是能够显现出涡流的。关于这一点，可以通过沿着流水放的绳索能弯曲成蛇形这个例子来说明（把绳索的一头捆住，另一头让它自由漂荡在流水里）。为什么是这样呢？在绳索的某一段附近显现出涡流的时候，这一段绳索就能够被涡流带走；可是过一会，另一个涡流又让这一段绳索发生了相反的运动。最终，绳索就弯曲成蛇的形状了（图80）。
现在我们要从液体转到气体，从水转到空气了。
有谁没看过旋风把地面上的尘土、稻草等东西卷起呢？这也就是说沿着地面出现了空气的涡流。当空气沿着水面运动的时候，在形成旋风的地方，由于空气压力已经降低，水就能够升上来，产生波浪。在沙漠里和沙丘的斜坡上能够产生沙波，也是同样的原因（图82）。
图81 飘荡在风中的旗子。
图81 飘荡在风中的旗子。
图82 沙漠里波状沙面。
现在就很容易明白，旗子为什么会飘扬在风里（图81）：旗子在这里碰到的状况正好和绳索在流水里碰到的相同。风信旗的硬片在风里不能保持固定的方向，却要随着涡流常常摆动不停。从工厂的烟囱里面冒出来的烟是一团一团的，也是同样的原因：炉子里面的气体冒出烟囱的时候也是作涡流运动。在烟离开烟囱之后，由于惯性，这种运动还要持续些许时间（图83）。
空气涡流的运动对于飞行也有特别大的意义。飞机身上的机翼有特殊的形状，机翼的下面是由制造机翼的材料把空气的稀薄部分填充了，然而机翼上面的涡流效能却被增强了。最终机翼从下面取得了支撑力，而从上面取得了吸引力（图84）。鸟类打开翅膀飞翔的时候，也有相同的现象。
图83 从工厂烟囱里面冒出来一团一团的烟。
当风吹过屋顶的时候有着怎样的现象呢？空气的涡流在屋顶上方创造了一个空气稀薄的区域，屋顶下方的空气为了能平衡这个压力，就向上方压，把屋顶鼓开了。最终就让大家时常见到一种悲惨的现象：有些轻而钉得不稳的屋顶被风刮走了。出于同样的原因，窗户大些的玻璃在刮风的时候也会从里往外被压碎（不是从外往里被压碎）。可是这些现象也能够用流动着的空气里的压力减小的道理来说明（参看第112页所说的“伯努利原理”），比较容易点。
当温度和湿度全都不一样的两个气团相互挨着通过的时候，每个气团里都能够产生涡流。云彩各式各样的形状大部分也是这个原因造成的。
我们看，和涡流有关联的现象的范围竟有这么广。
图84 什么力量支托着机翼。
根据最新实验测定，翼面空气的高压区（+）和低压区（－）是这样分布的。由于所有支托力和吸引力作用的结果，机翼就上升了。（实线表示压力的分布，虚线表示在飞机飞行速度急剧增高时的压力的分布）。
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