体育场上的高科技“神器”——低风阻设计

自行车比赛越来越成为运动场上一项刺激夺人眼球的比赛项目。运动员能以每小时140公里的速度骑自行车。140公里的时速！比汽车还快。真能有这么快吗？依我们平时骑自行车的感觉，无论如何也骑不出这飞一样的速度呀！运动员之所以能把自行车骑出汽车的速度，那是因为现代科技为自行车比赛提供了最有效的低风阻设计方案。

骑自行车最大的阻力来源于哪里？不是自行车的重量，也不是骑手自身的重量，而是空气的阻力。经过测算，当自行车速度达到每小时30公里的时候，我们骑自行车所付出的力量将有百分之九十是用来克服空气阻力的。按照风阻力与骑车速度的平方成正比的公式计算，当自行车比赛选手以每小时140公里的速度飞驰的时候，他付出的骑行力量将约百分之百地用来克服空气阻力了。因此，要想提升自行车选手的骑行速度，最重要的科技手段就是要找到克服空气阻力的方法。

你也许会发现，运动场上的自行车的模样总是有些怪异。无论是手把、车轮、车架都与普通的自行车模样大有不同。比赛自行车的模样看起来不怎么美观，却是根据风洞实验所得数据而设计成的最佳减小空气阻力的样式。风洞以往用于航空航天器材的开发和研究，正是基于风洞的实验数据，飞机才飞上了蓝天，飞船才能安然回归地面。如今，科学家又将比赛自行车放进风洞里进行实验，努力寻找降低自行车空气阻力的方法。比如一款比赛自行车放进风洞进行实验后，马上暴露出车身上的一颗螺丝产生的空气阻力较大，通过改进这颗螺丝的样式和安装方向，运动员再骑行时可以将空气阻力立即减少百分之五。经过风洞实验设计出的模样有些怪异的比赛自行车，可以让运动员因一颗螺丝的改装定输赢。

降低空气阻力的第二个办法是利用新材料，为运动员设计低风阻运动装。空气之所以会对运动物体产生阻力，是因为空气分子对运动物体产生了迎面撞击的力量。如果运动物体表面粗糙并且有皱折，那么它就无法躲避不计其数的空气分子的撞击，从而产生巨大的前进阻力。如果有一种材料的表面极其光滑，并且用这种材料做成的衣服无皱褶，那么空气分子在它表面就根本“站不住脚”，虽迎面而来却无法撞击，而是被快速分流，从而不会再产生撞击力，这样空气的阻力就可以大大减少了。遵循这样的原理，科学家找到了碳纳米纤维材料，做成表面极其光滑的布料，再用超声波焊接技术把这种面料“缝制”成衣服，做成表面光滑无缝无皱折的外套，这种外套所承受的空气阻力比人体汗毛承受的阻力还要小许多，运动员穿着这样的衣服参加自行车比赛可大幅度地减小受到的空气阻力，其感觉就如在真空里飞行一样。

【科学探索】

风洞是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。世界上第一个风洞是英国人韦纳姆于1871年建成，并用之测量物体与空气相对运动时受到的阻力。它其实是一个两端开口的木箱。美国莱特兄弟于1901年建造了一个风速12米/秒的风洞，依此实验而发明了世界上第一架飞机。如今，风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，而且随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺。

【趣味链接】

现在，人们利用超声波来为飞机、轮船导航，寻找地下的宝藏。超声波就像一位无声的功臣，广泛地应用于工业、农业、医疗和军事等领域。可做“天衣无缝”衣服的超声波焊接机就是利用了超声波的高频振动发热特征制成的。

初审：彭常凤

复审：成自来

终审：陈光中