馬格努斯效應
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2021-12-09
馬格努斯效應的視頻教程
馬格努斯效應的實例教程
要在足球最大的舞臺上承受住壓力，需要夜以繼日的練習、技巧和天才，以及“Magnus effect 馬格努斯效應”。
01 足球和馬格努斯效應
“馬格納斯效應”是指因為物體周圍產生的氣流不均勻，旋轉的球形物體向一側彎曲。當一個旋轉物體的旋轉角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。在這個橫向力的作用下物體飛行軌跡發生偏轉。旋轉物體之所以能在橫向產生力的作用，是由于物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉，使得物體一側的流體速度增加，另一側流體速度減小。
足球低速移動時，球周圍的空氣流動是層流（均勻流動的空氣層不受干擾）。在高速下，球周圍的空氣流動是紊流，包括邊界層，湍流激發空氣分子并使它們更長時間地靠近球表面，邊界層離球的后部更遠導致較小的尾流。下圖能夠更好地解釋這一點。
（Kiratidis, Adrian & B. Leinweber, Derek. (2017). An Aerodynamic Analysis of Recent FIFA World Cup Balls. EuropeanJournal of Physics. 39. 10.1088/1361-6404/aaa888.）
任意球中當球旋轉時，靠近球表面的邊界層沿旋轉方向被拉動，導致該側的空氣延遲分離。而球的另一側，旋轉導致空氣更早的分離。這樣就產生一種力，將球推向低壓區域（空氣從高壓到低壓），即馬格努斯力。
展開 這可以用流體力學的馬格努斯效應來解釋。
馬格努斯效應
馬格努斯效應（MagnusEffect），以他的發現者馬格努斯命名，是一個流體力學當中的現象，是一個在流體中轉動的物體（如圓柱體）受到的力。馬格努斯效應可以用來解釋乒乓球中的弧線球、足球中的香蕉球等現象。在1742年英國的一位qiang炮工程師本杰明·羅賓斯（Benjamin Robins）解釋了在馬格努斯效應中步qiang彈丸（musket balls）運動軌跡的偏差。當一個旋轉物體的旋轉 角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。
原理
當一個旋轉物體的旋轉 角速度 矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。在這個橫向力的作用下物體飛行軌跡發生偏轉的現象稱作 馬格努斯效應。
旋轉物體之所以能在橫向產生力的作用，是由于物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉，使得物體一側的流體速度增加，另一側流體速度減小。
根據伯努利定理，流體速度增加將導致壓強減小，流體速度減小將導致壓強增加，這樣就導致旋轉物體在橫向的壓力差，并形成橫向力。同時由于橫向力與物體運動方向相垂直，因此這個力主要改變飛行速度方向，即形成物體運動中的向心力，因而導致物體飛行方向的改變。用位勢流理論解釋，則旋轉物體的飛行運動可以簡化為“直勻流+點渦+偶極子”的運動，其中點渦是形成升力的根源。在二維情況下，旋轉圓柱繞流的橫向力可以用儒可夫斯基定理來計算，即橫向力=來流速度 x 流體密度 x 點渦環量。
馬格努斯效應介紹視頻
展開 image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p> 馬格努斯效應（Magnus Effect），以發現者馬格努斯命名， 流體力學當中的現象，是一個在流體中轉動的物體(如圓柱體）受到的力。</p><p> </p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/367715e3ce4340edbf878e90e4c49e16.png" title="QQ圖片20211209221729.png" alt="QQ圖片20211209221729.png" style="max-width: 760px; width: 522px; height: 237px;" width="522" height="237" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/367715e3ce4340edbf878e90e4c49e16.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/367715e3ce4340edbf878e90e4c49e16.png?
展開 這個現象，雖然在1672年，牛頓就在看網球中發現了這個使球偏轉的力，但直到1852年，德國物理學家馬格努斯正式描述了這個效應后，人們才將它命名為馬格努斯效應。一定程度內，球表面越粗糙，馬格努斯效應越明顯。
足球不是一個光滑的球面，而是由32塊皮縫制成的。從流體力學的角度，一個是能減小飛行阻力（參考前期文章“高爾夫球為什么有這么坑”），另一個是可以增強馬格努斯效應，更容易踢出香蕉球。
理論和仿真想必大家都很理解了，下面做什么呢？沒錯，你懂我的，我想復現香蕉球。說起來很簡單，讓球轉起來飛，就可以了。可能不太明顯。
借用了阿飛的風扇，為了防止旋轉時，有從下面吹上來的風的干擾，把這個扇葉拆了。
然后給小船找了個水池。假設這個球向前飛，就相當于我給它一個向后的風，一會兒讓小球順時針轉，根據剛剛的分析，它會受到向左側的力，而向左側移動。反方向吹風，相當于球往另外一側飛，它就受到向右的側向力，從而向右側移動啦！馬格努斯效應還是很明顯的。
除了足球，網球、乒乓球、排球、棒球等都會用到這個現象，讓旋轉的球，產生側向力，打出弧度。
除了球類運動，馬格努斯效應在工程上也有應用。上世紀80年代，就出現了裝著大圓筒的船，根據風的速度和方向，圓筒可以自動調整旋轉方向和速度，橫風吹來時，產生向前推力，起到省油的效果。今年6月17日，國內第一艘安裝轉筒帆的船在江蘇正式起航。四根直徑3米，高24米的大圓筒，可以給船省油5%-10%。
在軍事領域馬格努斯效應對于旋轉彈丸和導彈的設計、制導控制也有著重要的作用。
本期關于香蕉球和馬格努斯效應就講到這里啦，大家還想了解哪些自然現象，歡迎給我彈幕留言，能研究的，就安排！咱們下期見！拜拜
展開 馬格努斯效應（Magnus Effect），以發現者馬格努斯命名， 流體力學當中的現象，是一個在流體中轉動的物體(如圓柱體）受到的力。
本案例采用COMSOL軟件，通過軟件中的滑動壁功能以及旋轉軸定義模擬了Magnus Effect下的流場，從而實現了風向的轉向控制，仿真模擬結果如圖所示：
二維模型
三維模型
感興趣的朋友，進行交流！
馬格努斯效應的相關專題、標簽、搜索
馬格努斯效應的最新內容
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
文章名稱《Tearing failure of ultra-thin sheet-metal involving size effect in blanking process: Analysis based on modified GTN model》
DOI：10.1016/j.ijmecsci.2017.08.028
在超薄板沖裁過程中，傳統的損傷理論正面臨挑戰。經典GTN模型認為，
概述
當一束強激光入射到介質中后，由于強光場與介質的非線性作用，使得介質的線性折射率上會疊加與入射光強相關的非線性折射率。當入射光束的光強呈現空間上的非均勻分布時，由此引入的非線性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經歷的光程長度不同，即介質對入射光束的作用等價于光學透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。
特別地，當入射光束強度沿垂直光軸的界面內呈高斯形時，且強度足夠產生非線性效應的情況下
GLAD：瞬態拉曼效應10天前
概述
1928年，光波被散射后頻率發生變化的現象被印度物理學家拉曼發現，因此被命名為拉曼散射。拉曼散射可以分為自發拉曼散射和受激拉曼散射。自發拉曼散射源于熱振動聲子對于入射光的散射。受激拉曼散射則是強激光與物質相互作用時產生的受激聲子對于入射光的散射。
系統描述
本例展示了如何模擬瞬態拉曼效應。當高功率超短激光脈沖在大氣中傳播時，若脈沖寬遠遠小于拉曼過程的時間常數，則該作用過程就可以通過求解描述瞬態拉曼過程的方程組進行模擬
摘要
光纖是光學系統中廣泛使用的光源。因此，研究光學系統的像差對光纖模式傳播的影響是有意義的。在本用例中，我們使用VirtualLab Fusion中的快速物理光學引擎來演示由階躍或梯度折射率光纖產生的一組模式的形狀，以及由它們的組合產生的光場，如何受到有像差的光學系統的影響。
階躍折射率光纖建模任務
線偏振模式計算器
光纖模式的光源
衍射圖樣
真實結構光柵效應的研究25天前
對混合目鏡中衍射透鏡的真實結構引入的影響進行建模
在本周的簡訊中，我們展示了兩個例子，說明這些求解器的作用，在不同領域的應用中發揮它們的作用。
VirtualLab Fusion為這一任務提供了大量不同的專門求解器，從近似但快速的方法，如薄元近似法（TEA），到嚴格的方法，如傅里葉模態法（FMM）/嚴格耦合波分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
準直系統中鬼像效應的研究1個月前
仿真技術的主要作用之一是提供一個平臺，以便在系統制造之前研究系統的性能，以便盡可能多地預防潛在的缺陷。雜散光是影響系統性能的最常見現象之一，雜散光可能有多個來源，其中包括系統中的內部偽反射。在這個用例中，我們分析了高Na激光二極管準直透鏡系統中這種反射的存在，我們模擬了產生的鬼像對探測場的影響(由主準直光束的干涉引起的同心環圖案和由雜散光產生的二次發散
摘要
仿真技術的主要作用之一是提供一個平臺，以便在系統制造之前研究系統的性能，以便盡可能多地預防潛在的缺陷。雜散光是影響系統性能的最常見現象之一，雜散光可能有多個來源，其中包括系統中的內部偽反射。在這個用例中，我們分析了高Na激光二極管準直透鏡系統中這種反射的存在，我們模擬了產生的鬼像對探測場的影響(由主準直光束的干涉引起的同心環圖案和由雜散光產生的二次發散)，并確定需要在透鏡系統的關鍵表面上涂上抗反射涂層
各向異性方解石晶體的雙折射效應1個月前
雙折射效應是各向異性材料最重要的光學特性，并廣泛應用于多種光學器件。當入射光波撞擊各向異性材料，會以不同的偏振態分束到不同路徑，即眾所周知的尋常光束和異常光束。在本示例中，描述了如何利用VirtualLab Fusion對雙折射進行仿真，并分析入射偏振態和晶體厚度對雙折射效應的影響。
1. 摘要
