专栏名称: 毕导
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北京大风天生存指南

毕导  · 公众号  ·  · 2017-12-20 17:00

正文

由空气流动引起的自然现象

早在两千年前的汉朝

刘邦就曾经在《大风歌》中写下

“怎么大风越狠,我心越荡”

这样脍炙人口的诗句


由于风兼具灵动、萧瑟等多种意象, 在中国古代,“风”也常常被文人墨客用来借景抒发复杂的三角关系


凉风 起天末,君子意如何?——唐·杜甫《天末怀李白》

短褐 风霜 入,还丹日月迟。—— 唐·杜甫《 冬日有怀李白》

江湖多 风波 ,舟楫恐失坠。 ——唐·杜甫《梦李白二首》

吾爱孟夫子, 风流 天下闻。——唐·李白《赠孟浩然》



然而众所周知,每年入冬后我国大多数地区都会遭到偏北风肆虐。


我来北京上学之后,朋友问我“ 学校校风怎么样 ”,我一般只能回答“ 很大 ”。


也是在这里我才第一次理解了 连续不一定可倒,可倒必然连续



大风天我一般不出门,因为太特么累,顶着风根本骑不动车不说,还得时刻防止围巾帽子被吹飞。最近我还发现脑门前面的头发逐渐稀少,感觉自己 越来越不像苏有朋了 !显然这是因为最近妖风太大把我这个西北大汉的浓密发根给吹松了!


经过我的严密计算,我已经找到了大风使人秃顶的理论依据。

设风速为v,空气密度为ρ,极限情况下假设风吹到头发表面速度降为0,则其动压为p=1/2ρv^2。另设头发的半径为r,高为h,则风对头发的拔力约为F=pS=1/2*pi*ρv^2r^2h。拔起人头发的力F约为0.5 N,即可求出使人秃顶的风速为v=sqrt(2F/pi ρr^2h ),约为300 m/s。


AMAZING!当人站在300 m/s的风中时头发就会被 连根拔起 !而且从这个结果我们可以推出, 速度越快,脱发越厉害


这个结论早在上个世纪就已经得到了验证,大家看看,人类历史上速度最快的三个人的头发都成什么样了


当然,地球上的大风天还暂时不能让头发连根拔起,因为在头发吹断之前我们面临的一个更大的风险是 被冻死。 去年11月有个公众号发了一篇文章叫《 一个清华博士在供暖前给广大学子最中肯的建议 》,那篇文章非常火,然而文中居然用一堆公式计算后建议大家秋衣外穿科学保暖!看似推理严谨实际上是一派胡言!核心问题就出在他 没有考虑到冬天的寒风 (本质上是忽略了衣服表面材质与空气接触的热传导与流动空气的热对流哪一个占主导地位的问题)


我们来看一个简单的例子,首先给出两个精妙的假设:

1、人都长成下面这个身材,全身恒温37度

2、人裸体伸开双臂站在寒冷的大街上等死



下面我们来思考一个问题: 你裸体站在10°C的寒风里,我裸体站在0°C的静止空气里,咱们俩面对面,谁先凉? (这需要用有限元方法求解第三类边界条件下的非稳态传热,过程略为复杂,留给大家作为思考题了)


对咱们两个变态进行matlab模拟!




AMAZING!你站在10度里的寒风没多久就被冻死了,而此时我还远远没凉透。由此可见,比起寒冷的空气,大风才是更为致命的!


对此难道我们一点办法都没有吗! 全国人民如何在狂风天优雅地活下去? 在短暂地陷入沉思后,我创造性地提出了四条北京大风天生存指南!




一、变形法


古人云,逆风的方向更适合飞翔,我不怕千万人阻挡只怕自己投降。 然而每次我逆风走路的时候,总会感觉到前面一股邪恶的力量在阻挡着我!所幸目前已经有来自社会各界的爱心人士从实践的高度给出了逆风而行的最佳姿势。



以上四人互相应该不认识,但是他们的飞行姿势就像是同一个老师教出来的! 他们都统一向前伸出一只手把自己弄成一个尖尖头结构,这说明这种姿势应该是外星人、神仙、奥特曼、机械人跨界 公认的最佳飞行姿势!


接下来我们将用流体力学模拟的方法告诉大家这背后的本质


首先来模拟一下人正面迎风时,大风吹过身体之后的效果


(想象这是俯视图,风朝右吹,那个长方形是你,颜色代表压力分布)


AMAZING!平整的大风吹过你宽广的长方形身体之后会左右分开,此时你的身体前方会产生一股强大的力量阻碍你的前进!


但如果你让自己变得更加圆润动人、心广体胖,形成流线型结构



可以看到大风绕过人之后又汇合了,人受到的压力明显变小了!那如果我们按照标准飞行姿势呢?



大风沿着流线型结构的吹过去了!说明这种尖尖头的的确很优秀啊!那 我们的思路就非常清晰了, 在大风天就应该让自己前面变尖!


这么看来,削尖了脑袋往前钻也不是没有道理的……






二、变胖法


当然,能把上面的诀窍用在生活中的 前提条件是你要保证自己不被风吹跑。我在北京的大风中总是会被卷到天上去,而体重200斤的亚清却从来没有这个顾虑。为什么亚清能在狂风中稳如狗?我不禁陷入沉思。


人站在大风中,处于四力平衡状态:重力、支持力、风力、摩擦力


下面我们从受力分析的角度为大家推导最佳抗风策略!


首先,人可以等效为一块五花肉,其长为a、厚为b、高为h、密度为 ρ


(注:风力以动压计,最大静摩擦以动摩擦计)


当风的压力F大于地面给人的摩擦力f时,人就会被风吹跑。 由上图可以看出,人受到的摩擦力与人的体积成正比,而人受到的风力只和人的面积成正比!


众所周知,人变胖一般是全方位立体地胖,所以其体重会以三次方的速度增加,而面积只是平方级增加。


至此结论已经呼之欲出了: 人越胖, 在大风里越稳 这一十分符合我们直觉的结论也终于有了理论高度的论证。


更进一步,我们甚至可以计算出胖子的抗风等级,请大家对号入座



所以请大家珍惜身边的每一个瘦子,说不定哪天他就被大风吹走了。也请大家善待身边的每一个胖子,因为你可能永远不知道多少级的台风才能带走他。


综上所述,要想在风中稳如泰山,你只需要做到重如泰山即可。正所谓“物竞天择,胖者生存”,胖子,是大风天自然选择 和优胜劣汰的王者


不过仔细一想,为了抗风而让自己变胖,总觉得有些不值。而且大风天别人都被刮走了,就你刮不走,好像也有点丢人......


因此我更推荐的抗风方法是,躲在胖子的后面……像这样



AMAZING!胖子身后压根就没风!他们是这个大风天最平静的港湾!所以今后大风天出门,大家只要找到附近的胖子,跟他友好打个招呼:“胖子,在你身后躲会风哈。”然后躲在他身后就行了。如果你们不顺路,记得迅速找到下一个胖子并继续前进。


至于你打不打得过胖子,就不在我们的考虑范围之内了。




三、以风打风


尽管改变自身的造型或者变胖可以让我们稳在风中,但是宏观上看我们只是与风打了个平手;尽管“躲在胖子后面”可以解决我们的燃煤之急,但是鉴于我认识的胖子在大风天一般都宅在家里不出门,这一妙计有时也会失效。


如何凭一己之力在大风天 优雅地行走呢?我又陷入了沉思。 中国传统文化讲求“借力打力”、“人定胜天”,中国民间智慧讲求“以牙还牙”、“ 以眼还眼 ”,我们很自然地想到,如果要顶回大风的力量,“以风打风”是最优选择!如果我们能随时随地造出风来,说不定就能在大风中给自己创造一片安全区域!


这种中二的想法究竟有没有作用呢?我设计了一个实验。


【实验目的】验证小风扇对大风扇的扰动

【实验过程】

1、在两个大风扇前面放置一个风速仪,测出风速为3.7 m/s;



2.在中间放一个未开启的小风扇,测出风速为3.2 m/s,说明小风扇本身对大风没有太大的阻碍作用。



3.打开小风扇!



AMAZING!风速瞬间降到了1.1 m/s!说明小风扇的风把大风给顶回去了!


4.我们放俩小风扇试试!



小风扇后方的风速居然变成0了……我们在小风扇后面凭空造出了一个实实在在的无风区!这说明只要两个小风扇,就足以对抗两个大风扇的风了!


AMAZING!那大风天我只要躲在几个小风扇后面不就如履平地了。



应用了“以风打风”的理论之后,我明显感觉到自己在大风天健步如飞飞檐走壁!逆风走在路上甚至像腾云驾雾一样轻松!







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