风水先生永远不会教你的风水知识

最近看了一本“风水”入门书，真是叹为观止，我觉得值得把它推荐给各位好奇宝宝。

小孩子都知道，重的东西会落地，气球会被风刮走，石头扔水里会荡起波纹……不需要学习物理，人脑就能自动对一些现象建模，每个人都有直觉上捕捉世界运行之基本法则的能力，这就是我们学习一切知识的基础。

在你初步观察这些现象的早期，如果有人能帮你把那个支撑现象的框架，甚至只是线索提取出来，你就确信了你的直觉，并敢于把它抽象成内在的规律。这就是一个人学习信心的源头。

阅读《解析流动：画说流体力学》时，我深深感受到这种直觉被验证的满足感。这本书有大量插图，几乎每张都是图解，上面有清晰的力线，把看不见的空气和水体中各种力的形式和方向等标注得一清二楚。这就像为孩子们绘制了一张探索自然的“地图”，帮助他们将朴素的直觉精确化为科学的认知模型，开启他们发现自然规律的大门。

流体力学虽然是大学阶段才会系统学习的科目，但大量的流体现象在日常都能遇见。所以，这样一本书实际上受众远比作者想象的还广泛。

这本书原本是北京航空航天大学王洪伟老师，写给本科生和研究生的流体力学讲义。但实际上，给初高中生看也不错。这是因为除了直观易懂的插画之外，它的层次性也很强。

这一方面表现在话题的由浅入深上，尤其第一、第二和第七章，大量都是生活中能见到的现象。其次，就算你不打算搞懂公式，充满力线的精彩图解也能让你在一定层次上理解流体的诸多性质，以及各种现象发生的原理。

我举三个例子给大家感受一下：

从朴素认知到精确理解：为什么覆杯实验会失败？

小时候我们应该都玩过这样一个实验，装满水的杯子，用薄塑料板盖在杯口，手按住板子把杯子倒过来，慢慢放开手，塑料板不会掉下来。这个就是覆杯实验。

虽然很早就玩过了，但是原理一直都是一知半解。很多人都认为是大气压力托住了纸板。但实际上表面张力也是功臣。在第19页，一张示意图展示得明明白白：

重力和水柱压力倾向于让水流出，但大气压和表面张力的共同作用使得水保持在杯内。

但是，我们也知道，如果你多次做过这个实验的话，可能你很快会发现，满杯水比半杯水更容易成功。那么具体要怎么定量分析呢？

书上给展示了，高度分别10cm左右和20cm左右的杯子的不同情况。

你可以看到杯子高度是20cm左右的时候，半瓶水就不容易成功。

那这是为什么呢？作者解释说，杯内的空气会因压力降低而膨胀，使塑料板与杯口产生间隙。对于一般做演示的杯子大小来说，这个间隙只有0.1~0.2mm，不易察觉。但是如果你的杯身比较高的画，那就麻烦了。这里有一个示意图：

看不懂公式的，可以不用细看，但是大概能理解杯内空气的膨胀就行。然后还有杯身跟水量和间隙的数据关系，一看就能明白为什么20cm深的杯子半瓶水的覆杯实验容易失败了吧？

如果你对公式有兴趣，就单凭上面这几张图片上的信息，已经可以足够计算这个问题了。

处理不同层次的认知需求：小学数学题的高阶答案

再来看一道题，这是小学数学的常见题：

“一个水池有一个进水管和一个排水管。只开进水管，2小时可以把水池放满，之后关闭进水管，只开排水管，需6小时可以把水池排空。问：从空水池开始，同时打开进排水管，多长时间可以把水池放满?

小学计算方法很容易，假设水池子体积是“1”，然后直接计算：1/（1/2-1/6）=3，答案就是3小时。

但是，这个正确答案，其实不符合实际情况。因为排水速度跟水深有一点关系。你看下图，右边这个塑料瓶，自己在家里就可以扎三个眼儿来试试，越深的地方排水速度越快。

这种情况下，就要用到连续方程和伯努利方程，来描述水流速度随着水深变化的复杂关系了。

这一步我看不懂，但是可以理解这种变化。本科以上的人可以看作者下两页的计算过程，这里不再赘述。

直觉与科学原理如何建立联系：吹不掉的漏斗下的乒乓球

我们小时候都玩过圆珠笔管吹粉笔球的小把戏，这其实就是射流中小球的伯努利效应。作者举了一个更神奇的例子，把漏斗朝下，乒乓球放在漏斗中，用细嘴吹气，球会在漏斗中乱动，却不会掉下去：

你可以用家里的漏斗来试试，不过你怎么解释这种现象呢？作者是这样给用图片展示的：

在开放空间和壁面的孔洞中吹出来的气流与球所受的气动力方向一致，所以一吹就掉。

但是，你看用漏斗吹的时候的样子：

这个复杂的力线，展示了漏斗和球之间的缝隙，形成收缩，球的迎风面中心是正压，外圈是负压。而球的背风面基本为大气压（受回流作用，比大气压大一点），于是球受到与气流方向相反的气动力。

很多人看到负压区会困惑，其实这里就是感性理解伯努利原理的契机。在狭窄的缝隙中，气流速度会急剧增加，气流速度增大就会导致压强减小。这个效应，就是伯努利原理，也就是形成负压的原因。

在这里需要注意的是，作者还展示了几种不同的漏斗可能的效果：

如果你是在家里做实验的，你应该知道选哪种。你可以用家里的漏斗和乒乓球试试看，用不同大小的漏斗观察球的运动变化，是否和图片中的现象一致？

科学揭示风和水的智慧

其他例子就不再多说了，直接上目录给大家看看：

这里头每一个案例，都非常有趣。马蹄涡、龙卷风、河流的形状、弧线球，还有什么对天开枪是不是很危险，赛车时紧跟策略为什么奏效，等等看得人停不下来。

总得来说，就像我上面抽取的三个例子一样，这本书至少有三个作用：

第一，是用图解的方式，让我们把生活中各种物理现象的感性认识转化为理性认知，也可以说是从朴素认知走向精确理解。就像覆杯实验，我们都知道水不会漏，却说不清楚原理。书中不仅用力线图解释了大气压和表面张力的作用，还分析了实验失败的边界条件。

第二，是打开了我们对专业书的想象力。专业并不是不可接近的，像《解析流动：画说流体力学》这样的好书，它能同时服务不同层次的认知需求。所以，你可以根据自己的水平，选择停在哪一层——理解现象、动手实验，或是钻研公式，都能有所收获。

第三，也是最珍贵的，是它帮助我们建立直觉与科学原理的连接。比如漏斗下的乒乓球实验，表面上是个反直觉的现象，但通过力线图的展示，我们不仅理解了现象背后的伯努利原理，还能预测不同形状漏斗的效果。这种理解既深入又实用，能帮助我们打开智慧。

我们好奇的，恐惧的，惊叹的各类流体现象，原来都有聪明人做过如此精绝的解释，在增进自信的同时，却也培养了我们的敬畏之心。

写在最后：茶杯里的人生风暴

解析流动：画说流体力学

9.5

王洪伟 / 2020 / 人民邮电出版社

最后，这本书有一个我特别喜欢的小例子是关于茶水的。

你现在就可以去观察，当你搅动杯中的茶水，茶叶并不会被甩向杯壁，而是会聚集到中心。

表面的水向外流，底部的水却向中心挤；外圈的水向下沉，中间的水却在往上涌。此时此刻，科学家先退却，禅师请上线：越是向外追逐的，最终会下沉；越是守住中心的，反而能够上升。

或许也可以说：万事万物终将回归本心，只是以不同的方式，走着各自的螺旋。