观察在稀薄高空中飞翔的老鹰，它的翅膀是如何扇动着空气，让沉重的身体得到支撑。物体对空气施加的力量，等于空气对物体施加的力量。”

15世纪末，达尔文在笔记本上如此写道。达尔文仅凭观察，就掌握飞行的原理了。

飞行的原理让达尔文深深为之着迷。他发明了人力驱动的飞行器，试图证明人类能否飞上天，还设计人类可以操纵的翅膀。他仔细研究飞行中的鸟，并且提出飞行的假说：“鸟类张开宽宽的翅膀，加上短短的尾巴，准备起飞，”他接着写道，“鸟类必须用力抬起翅膀，然后放下翅膀拍动下方的空气。”

金雕的翅膀善用空气分子，身体起飞与降落

上图的金雕比空气重，但是翅膀造形却能善用空气分子，让身体起飞与降落。金雕飞行的时候，你认为气流通过翅膀上方与下方时，哪边的速度较快？量量看，1米有多长，是金雕身体的长度；再量量看23米有多长？这是它的翅膀展开的长度！再想像一下：金雕拍动翅膀、凌空起飞的模样。你认为翅膀上方还是下方的气压比较大？可以解释原因吗？

达尔文的《鸟类飞行手稿》

上图的字迹与插图，出自达尔文的《鸟类飞行手稿》。他的研究，造福许多后世的科学家，包括丹尼尔·伯努利（DanielBernoulli）。他在年解释了空气流动的科学原理。

白努利认为：鸟类飞行时，因为翅膀结构的关系，空气通过翅膀上方的速度较快，使得气压较低，而空气通过翅膀下方的速度较，使得气压较高。翅膀上方与下方的压力差，进而造成了升力。

小编想说：解释飞机能升空飞行的物理概念，除了伯努利概念外，尚有其他因素，例如飞行时的角度、飞机造形和其他效应等。

有许多物理概念可以解释飞机能升空的原因

飞机为什么可以在天上飞？

搜集信息，一起设计翅膀，就跟达尔文一样！将搜集涵盖翅膀形状、空气与运动方面的信息，也跟达尔文一样，提出许多问题。

问题：泪珠的形状，和飞行有什么关系？

下图的形状，好像泪珠的一侧。看到这种形状，是否让你联想到它与飞行的关系呢？

翼型会联想到喷射机的机翼或鸟翼的形状。

答案：这就是翼型。

泪珠的形状，我们称为“翼型”。这样的造形，可能让你想起喷射机的机翼或鸟翼的形状。翼型的前端是较厚的圆弧，后端则逐渐变薄、变窄。

飞行中的翼型向前挺进，空气分子往上也朝下移动。翼型下方的空气分子，移动的速度慢于上方滑过的空气分子。空气分子移动速度较慢，造成的气压就比较大。想像一下：翼型下方的空气，等于处在被压缩的状态，翼型下方，较强的气压向上推，造成的力量称为“升力”。

模拟飞行中翼型的空气分子移动状态

受到鸟类的启发

看到鸟翼的切面，居然就是翼型，你是否大吃一惊呢？说穿了，航天工程师就是从飞行中的鸟类得到灵感。移动的翼型会切过空气，与周围的空气产生了力的作用。空气分子——渺小不可见却能施展强大的力量，从四面八方挤压着翼型。翼型向前移动的时候，因为与空气产生了交互作用而起飞。

将书本平放在桌上一只手塞到书本下方，然后把书托起来。你的手在书的下方施展的压力，就像慢速通过翼型下方的高压。另一方面，通过翅膀上方的空气，移动速度较快，形成了较低的气压。

空气分子在机翼上的赛跑

进一步调查发现

问题：通过翼型上方的空气，是否因为空气要通过的距离较长，因此速度才会变快？

答案：根据NASA工程师分析，机翼上方空气的速度很快，只是为了比下方空气更早抵达机翼后方，而不是因为距离较长。机翼上方的低压空气，其实速度更快！

画出你的翼型

画出属于你自己的翼型，请标示以下项目

高压区低压区快速移动的空气慢速移动的空气空气流动的方向升力的方向

尝试画出属于自己的翼型

和达尔文一起赏鸟

达尔文不只观察飞行中的鸟，他也细看鸟的各种状态，而且反复观看。他写下笔记，问自己问题，例如：鸟类用什么样的方式使用翅膀？然后想办法找出解答。以上这些行为，就是“观察”。

当个自然观察家吧！住家附近就可以好好赏鸟。不管你住在哪里，都有机会走出家门，观察鸟类百态及其飞行方式。记得带着笔记本、铅笔、色铅笔与望远镜，可能的话带一台相机，现在就抽出时间迈向户外吧！

你的观察记录将充满独一无二的个人风格。看到小鸟，先用肉眼观察。接着，以素描记录观察到的现象：画出鸟类的轮廓，有没有值得注意的花纹或样式？先画下外形，然后加上颜色：鸟喙是什么颜色？脚呢？也花点精力注意体型大小：和其他鸟类相较，有多大或多小呢？有没有摄食？歌声或叫声怎么描述呢？鸟类如何起飞？如何降落？鸟类会顺风起飞吗？其他数据、记录地点、天气与赏鸟的时段，都要记录下来。

用相机记录身旁观察到的现象

以飞机工程师的方式来思考！

用另一种角度来看翼型。机翼后缘窄窄的后翼往上或往下，会有怎样的效果呢？飞机工程师设计喷射机的时候，让机翼的后缘可以伸展或弯折，透过这样的方式让空气分子流动，达成特殊目的。如下图所示请利用本小节的信息，预测这样设计的目的，并把假说写在笔记本里。

机翼不同构型让空气分子流动，达成特殊目的

下图是根据达尔文的设计而重建的机械翅膀。翅膀的形状不像翼型，但是从喇叭似的形状看来，功能就是压下空气分子，以产生向上的升力。这款翅膀有没有让你想起某种哺乳动物呢？

根据达尔文的设计而重建的机械翅膀

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