核心概念
空气动力学
力
物理学
升力
阻力
引言
你擅长投掷飞盘吗？你有没有想过飞盘是如何在空中飞行得如此之好的？如果你能投出完美的、弧形的曲线并击中目标，那么你已经训练你的手臂来帮助飞盘飞行的空气动力学了！在这个活动中，你将研究投掷飞盘的角度如何影响其飞行方向和距离。下次你外出投掷飞盘时，这个小小的空气动力学课程可能会帮助你使投掷更加准确！
背景
在飞行过程中作用在飞盘上的两个主要力是升力和阻力。升力是使飞盘保持在空中的力，在飞行中它与作用在圆盘质量上的重力相反。飞盘本身在空中飞行时会产生这种升力。由于飞盘的弯曲形状，其上方的气流必须以比下方更高的速度移动，从而在圆盘上方产生低压，下方产生高压。这种压力差提供了升力。阻力是飞盘上的一种阻力，垂直于升力，它作用于圆盘在空气中的运动。飞盘的投掷角度，我们称之为“发射角”（也称为攻角），会影响升力和阻力。
顺便说一句，你可能已经注意到，如果没有旋转地投掷飞盘，它不会飞很远。旋转飞盘通过提供角动量来帮助它飞行，这有助于保持飞盘的稳定；它旋转得越快，它应该越稳定。
材料
• 一个飞盘
• 长绳或软管
• 可以投掷飞盘的大片空地
• 卷尺
• 一位助手（可选）
• 一张纸和一支笔或铅笔（可选）
准备工作
• 在你面前使用长绳或软管制作一条长长的直线，至少7.5米长。你将投掷飞盘，使其沿这条中心线向下。
• 练习沿着直线投掷飞盘几次，以便你习惯投掷它。如果你以前没有投掷过飞盘，你可能想尝试练习一会儿。提示：投掷飞盘的好方法是侧身站立，将飞盘放在你面前（靠近你非投掷的肩膀），然后在你释放它之前水平地将圆盘移动到你身体前方。
• 如果在任何投掷飞盘的过程中有风，请记录风速和风向。
步骤
• 尽可能平坦和水平地投掷飞盘，瞄准你制作的中心线向下。你可以让助手观察以确认你投掷飞盘的角度。它飞行了多远？它偏离中心线多远，向哪个方向（左或右）？如果你有一张纸和一支铅笔或笔，你可以记录此数据和所有后续的飞行信息。
• 尽可能平坦和水平地再投掷飞盘至少四次。每次投掷飞盘时，使用相似的手臂运动和速度，使用相似的旋转，并具有相同的释放点。每次飞盘飞行了多远？它偏离中心线多远，向哪个方向？
• 将飞盘向上倾斜一点，以大约比之前的水平投掷高出 45 度的角度投掷。（你可以想象如果你的手臂是时钟的时针，则之前的投掷将指向三点钟方向，而本次投掷应瞄准一点钟和两点钟之间）。至少以这种方式投掷五次。除了改变发射角外，尝试保持飞行的所有其他方面相同。每次向上倾斜角度投掷时飞盘飞行了多远？它偏离中心线多远，向哪个方向？
• 将飞盘向下倾斜一点，瞄准低于水平投掷约 45 度的角度（在四点钟和五点钟之间），至少五次。同样，尝试保持每次飞行的所有其他方面相同。每次向下倾斜角度投掷时飞盘飞行了多远？它偏离中心线多远，向哪个方向？
• 你是否看到了发射角和飞行方向之间的一致关系？发射角和距离之间是否存在关系？根据空气动力学原理，你认为你为什么会看到这些关系？
• 额外：在这个活动中，你研究了飞盘的发射角如何影响其飞行距离和方向，但你只测试了几个角度。你可以再次尝试这个活动，但测试更多的角度，例如介于你在这个活动中尝试的角度之间的角度。你可以录制你的投掷视频，然后观看视频以分析并确认你投掷飞盘的角度。飞盘使用其他发射角飞行效果如何？是否存在与距离和稳定性方面“最佳”飞行始终相关的角度？
• 额外：在这个活动中，没有关注风对飞盘轨迹的影响，但它绝对是一个因素。迎风投掷飞盘的飞行会受到什么影响？横风或顺风又会如何？在这些情况下，发射角如何改变飞行？
• 额外：你可以比较飞盘和航空飞盘（飞行环盘）的飞行情况。你注意到了什么区别？你能用空气动力解释它们吗？ 观察和结果
当你尽可能平坦和水平地投掷飞盘时，它通常是否飞得相对直（不偏离左边或右边很远）并且相当远？当你将飞盘向上倾斜一点投掷时，它是否飞得相当高而远，但不太直，在飞行结束时偏向一侧？当你将飞盘向下倾斜一点投掷时，它是否几乎没有飞行那么远——并且它也偏向一侧？
为了飞行良好，飞盘需要足够的升力，并且阻力不能太大。当飞盘向下倾斜投掷时，它没有太大的升力，因此很快就会落到地上。当飞盘以相对水平的方式投掷时，它具有良好的升力，因此应该飞得相对较远——至少比飞盘向下倾斜投掷时飞得远得多。当使用更大的发射角时，飞盘具有更大的升力。但是，你可能已经注意到，尽管向上投掷的飞盘飞得相对较高，但它可能在其飞行结束时突然失速。这可能导致它轻轻地着陆和/或迅速偏向一侧。在这项活动中测试的三个发射角中，水平发射可能在距离和直度方面产生了整体“最佳”飞盘投掷效果。
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