今天是程序员节,我们整了点“float”

作者: 米老猫&GUOmaing

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-10-24 12:08:18

本文介绍了在程序员节通过一个物理实验来理解计算机科学中的浮点型数据。实验使用吸管、乒乓球和钢珠,展示了气流如何使乒乓球悬浮并旋转,解释了伯努利原理在流体力学中的应用。

今天是程序员节,float在计算机科学中通常指浮点型数据,是一种对于实数的近似值数值表现法。而在物理中,float就显得更加简单明了,来看看吧~

实验器材:所标杯、吸管、乒乓球、钢珠。实验过程:先将乒乓球置于吸管的一段,然后从另一端吹气,会发现乒乓球开心的“手舞足蹈”。此时一位肺活量超强的小编登场,换上钢珠后,气瓶肺活量超强的小编表示勉强顶得住。

原理解说:这个实验得原理乍一看很容易理解:上升的气流给小球一个向上的力,可以托起乒乓球,使它不会落下。然而,我们随意地将乒乓球放在吸管的斜上方,乒乓球却不会被吹走,而是自觉主动地回到吸管的正上方,并稳定在那里。而且乒乓球悬浮在空中的时候,仔细观察就可以发现它并非静止的,而是一直不停地旋转。这些又是为什么呢?

说到这个,就不得不提到在流体力学中非常有名的伯努利原理:在不可压缩的、无摩擦的定常流系统中,同一流线上流体的流速越快,其产生的压强就越小。气流从吸管中流出,流过乒乓球的两侧,当乒乓球处于吸管的正上方时,其两端通过的气流是严格对称的,此时乒乓球不会转动,静止悬浮在空中。

如果乒乓球偏离了吸管正上方,则流过乒乓球两端的气体流速就会有差别:乒乓球偏向一边时,会阻碍此边气流的流动,就犹如石头挡住了水流,使得此边的气流流速变缓、压强变大。这个压强差推动着乒乓球由偏离方向向中心移动,最终稳定在中心位置——两边压强差一样的位置,或是在中心位置的附近做类简谐振动。

气体流过乒乓球两端时,界面上存在相互摩擦力。在偏移的过程中,由于两边气体的流速差,两边受到的摩擦力大小也不相同,因此会产生一个力矩,使乒乓球悬浮在空中旋转。伯努利原理可以解释生活中的许多现象——如,鸟类的翱翔及由此诞生的飞机的飞行;运动场上,足球和乒乓球比赛中常见的“香蕉球”等。

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