列车会“吸人”吗？

▲有关列车吸人原理的科普传播非常广泛。

导  读：用伯努利定律来解释列车吸人是一种典型的误解，列车经过时对空气的扰动当然会对人有作用力，人站在安全线内也确实有一定危险，但不是伯努利定律能解释的。

01 不能用伯努利定律

先来看一个我编造的“小报”。

▲ 为了照顾大家的眼睛，上面图片中的文字内容抄录如下：

火车站台都会有一条安全线，这条线有什么用呢？在行驶的汽车中抽烟的时候，把车窗打开一点缝隙，你会发现烟雾飘向车窗，并迅速被车窗上的缝隙吸出去。这是因为，流速越快，压力就越小，这就是伯努利1738年发现的“伯努利定律”。在行驶的汽车窗外，紧挨车身的空气受车身的带动而流速较快，气压比大气压小，这个压力差就是烟雾被迅速吸走的原因。同样，行进中的火车会带动邻近的空气，使其压强降低。人站立太近的话就有可能被火车吸过去，发生危险。因此，站台上都画有安全线，警告人们不要离铁轨太近。

这个“小报”虽然是我编造的，但确实来源于真实文章内容。这里面的“在车里面抽烟”的例子是没道理的，就不吐槽了，将在以后专门分析。

单是针对“行进中的火车会带动邻近的空气，使其压强降低。”这句话来说，就是典型的对伯努利定律的误用。因为列车车身带动空气靠的是摩擦力，并不会引起压力的变化，而只有压差力导致的加减速才引起压力的变化。

这个问题不能用伯努利定律，因为它违反了伯努利定律四个限定条中的三个。一是有摩擦，二是人身前和身后的流体并不在一条流线上，三是列车对空气的扰动是对空气做功，包含非定常流动。

02 车头对空气的扰动

虽然列车的车身对空气的压强没什么影响，但车头对空气还是有很大影响的。要说列车经过时人会受到气动力的作用，主要发生在车头经过的时候。

以地面为参考系的流动

这个问题已经超越了一般用笔就能得出结果的范畴了。如果是在一百年前，相信那时的大师们会用势流法来分析，不过现在已经很少有人能熟练地运用势流法了，起码我就不能。不过我们有了更好的方法，就是数值模拟。

我花了一下午时间用数值模拟算了一个粗略的结果，下面的讨论都是基于数值模拟结果。

先来看以地面为参考系，列车的车头经过时，空气的流动和压强分布情况。

▲ 这就是人所“感受到”的流动。

以列车为参考系的流动

下图是以列车为参考系的流动，这时空气的流动是定常的，可以用伯努利定律。

和机翼���升力原理类似，车头两侧的低压区是科恩达效应和离心力产生的，虽然符合伯努利定律，但伯努利定律不能给出压降的原因。

▲ 这种相对坐标对于学过流体力学的人可能要更熟悉一点。

03 列车产生的气动力

已知了流场，就可以估算列车经过时对人的气动力作用了。我的计算中没有对人建模，也就是不考虑人对流场的反向影响，这会产生一定的误差，不过鉴于列车的影响远大于人，只做估算的话这个误差可以忽略。

计算的时候，假设列车通过速度为280km/h，高铁的速度。人身体前后的压强差产生一部分力，气流吹到人的身上产生另一部分力，这两个力的矢量和就是人受到的气动力。

现在，假设淘气的小明一定要越过安全线，面向列车站在距站台边缘0.5m的地方，高铁飞速通过时，我们用上帝视角来看一下他受到的气动力吧 ~~~

▲ 注意：千万不要学小明喔，虽然理论上气动力人能扛得住，但是离得太近万一吹起的衣服什么的刮到列车可就很危险了。

04 总结

总的来说，车头高速通过时，人会先被突然推离紧接着再被突然拉向列车，然后车身经过时人不受力，等车身后半段经过时人又受到沿火车行进方向的推力。这其中，受力最大的时刻是车头刚刚经过时，侧面的低压区对人产生的拉力，当列车速度为280 km/h时，这个力可达将近30公斤力，还是有相当程度危险的。但只要车头过去了，车身侧面就基本没什么危险了。

但是，again，不要轻易尝试哦~

另外，这里的分析只适用于空旷的火车站台，不太适合地铁。因为地铁列车是从洞里钻出来的，会推出一大团空气，所以车还没到就会刮出一阵风，恰如那吊睛白额大虫一般。

后记：需要说明的是，这里的估算准确度很低，仅仅能保证数量级正确，真实结果可能比这个大或者小。要想准确，就应该做更详细的数值模拟或者做实验，本文只是用这个例子来讨论一下与伯努利定律有关的流动分析，不能用于工程实际。

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