高楼边上为什么风大?

“高楼边上为什么风大?” 科学上,这是早已解决了的问题。理想流体绕球或圆柱的绕流是流体力学教科书上的经典例题。科普上,这是一道难题。

有道是深入浅出是大师,深入深出是讲师,浅入浅出是幼师,浅入深出是巫师。

在物理博士岳东晓看来这却是很容易的:“高楼边的风为什么大?从直观上很好理解,风迎面吹过来被楼挡住了,只能从边上绕过去,原来是一条宽的风道,现在变窄了,风速必须更大才能通过同样的空气量。”

这就是不懂物理的民科胡扯了。正如美国物理学家“看好戏”今年8月8号在Tweets所说:“岳东晓这个物理博士也不懂物理,写过一篇关于Clifford代数的,基本上是胡扯。“

有限大的障碍物相对于无限大的流道是无穷小。因此,流道的变窄从而流速的增大都是比芝麻还小无穷万倍的无穷小,而不是流速增大100%的大西瓜。

被障碍物挡住的流体,不会在剩余的流道里均匀分布,而是在障碍物的边上高度集中。这种现象叫边缘集中效应(edge effect)。 这才是楼边风大的原因。

为什么会有边缘集中效应呢?

几何解释:流线最短原理(流体走最短路径)!

物理解释:阻力最小原理(流体走阻力最小的路径)。

这是两条具有普遍意义的原理。气流,水流,力流,热流,电流等拉普拉斯场问题概莫如此。趋利避害,最小阻力,走捷径是普遍的人性、兽性和物性。

把气流场平面看作一块受拉力的平板,这样气流就是力流了。把障碍物看作平板中的一个圆孔,力流也会在圆孔附近高度集中。固体力学里,这叫孔边应力集中。推而广之,几何突变处的应力集中。电场、温度场的边缘集中效应同样、同理。

流线最短原理是定性的道理,是通俗易懂的直观解释。犹如牛顿的运动第一定律,热力学第二定律,最小势能原理,是比许多定量计算的定律更基础的自然原理。

实际问题,通常需通过直接的实验才能得出可靠的数据。因为理论计算是理想化的模型,往往太简单,有时候很幼稚。

流体走最短路径!这是一条在实际工作中很有用的大拇指准则。技术开发中,90%以上的情况是不需要定量计算的,而是靠大拇指准则。

不到10%需要定量计算的情况,大拇指准则仍然重要。因为计算通常是被动核算,不是主动设计。否则,设计师、文学家全被计算机代替了。

(本文刊于《新语丝月刊》2016年9月号)

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