能悬浮的球

（一）悬浮在气流中的球

我们让真空吸尘器中的空气反向流动，然后使一只水球在喷出来的气流中保持平衡，而且非常稳定，既便把空气射流调整到某一适当角度，仍可以使球停留在一个固定的位置上。即使重重地敲击一下也不能使球离开空气射流。球为何会如此地稳定呢？要说明这个问题是比较麻烦的事。由于空气射流通过水球时，使空气射流发生偏转，偏转的气流带动着水球转动。和机翼的升力相仿的道理，偏转气流经过旋转的水球时既受到球的附着作用又受到粘滞作用，这样在旋转着的球的带动下，又形成与球旋转方向相同的空气环流。偏转气流和空气环流互相迭加的结果，使空气环流与偏转气流的流向相反的球的下方减少了气流的动能，即两个速度彼此相反因而得到较小的速率；空气环流与偏转气流同向的球的上方则增加了气流的动能，因而增加了气流的速率。根据伯努利原理，由于偏转气流和空气环流对球的作用结果，便产生了压强差，即球的下方压强大于球的上方压强，使球得以反抗重力而不下落。这种使旋转的球产生偏转的力称为马格纳斯效应。这种现象也易于作出错误解释，就是把升力只看作是空气射流中的压强减少而造成的，并没有考虑空气环流的作用，这样的结论同样是对伯努利原理的错误应用。事实上，空气射流中的压强恰好等于大气压强。

（二）在管中循环的球

有一种玩具叫做“吹一口气的走动游戏” ，也是应用了悬浮这一诀窍。向一根细支管内吹气，便可以使一个小球处于悬浮平衡状态。再用力吹一口长长的气，球就被吹起，直到进入管子的顶端，并由此很快地穿过U形管回到原来的位置。这种游戏是以吹一口气可以使球沿这条路线循环多少次来记分的。是什么力使悬浮的小球保持稳定？又是什么力促使小球进入管子的顶端？在这里小球是靠作用在它底面上的气流压力悬浮起来的，并且根据伯努利原理而保持稳定。至于小球受什么力的作用能进入管子的顶端，这是由于当气流由支管吹入玩具中后就会带动管子内部的空气，因而引起从上端开孔流到下端开孔的气流。球能越过上端开孔纯粹是由于球被气流吸进管子中去的缘故。

（三）悬浮在水流中的球

现在再介绍一种球在水射流中平衡的例子。这样的装置在公园里或风景区的喷泉中经常见到。球在水射流中偶而可以稳住几秒钟，但通常是左右摇晃和上下跳动的。有时球会跳出射流外，但在球下落过程中，它又重新回到射流中。想想看，这是什么原因？

在这里水的冲力可以托住球，也可使球暂时保持稳定。但是水流本身是不稳定的。在不稳水流的冲击下，致使球经常离开中心，而水流的冲力迫使它按某一方向旋转。粘附在球表面上的那部分水被带着旋转，例如旋转半周后被甩掉。当水离开时，水对球有反作用力，将球反推回水中，因而使球保持在水射流中。即使球离开了水射流，一些水在下半周仍然会被甩掉，结果又使球回到射流中。

（四）水流能把鸡蛋吸起

打开水龙头，让水倾注在浮在一杯水中的鸡蛋上。当水流的速度超过某一临界值时，蛋就会升起，仿佛向下的水流会吸引鸡蛋似的，这又是什么原因呢？

如果水流的速率超过某一临界值时，在鸡蛋上方形成湍流。这样蛋上方的水流便产生了涡旋，会使这儿的压强小于蛋下方的压强，于是出现了向上的压力。.当这压力差足以克服鸡蛋的重量时，鸡蛋便被吸了起来。这个有趣的实验，你最好动手验证一下。

（五）水流能把汤匙粘住吗？

拿一把轻巧的汤匙，放入水流中，其突的曲面朝上，汤匙似乎被水流粘住了。你可以试图把汤匙调整到适当的角度，使它有离开水流的趋势。但是汤匙仍然拒绝离开水流。按理说，下落的水流理应把汤匙推开而不是吸引它。出现这种现象是什么道理呢？这种现象可以这样说明，靠近汤匙的水流边界层由于产生狭窄的涡流而使压强降低。汤匙的另一面是大气压强，压强差指向水流，于是汤匙顶着水流而被托着，这种现象称为康达效应。