流体包括哪两样,怎么区别流体

首页 > 体育 > 作者:YD1662023-11-11 04:55:29

来源:环球物理微信公众号(ID:GLOBAL-PHYSICS)


液体和气体都具有流动性,统称流体。但气体和液体还是有差别的,这主要是气体易于压缩,而液体几乎不能压缩。

流体包括哪两样,怎么区别流体(1)

一、流体的压强

1. 静止流体内的压强

静止的流体不能承受切向力,因为流体没有切变弹性。哪怕很小的切向力,都会使流体流动起来。在静止流体内,过任意点取一小面元△S,面元两方流体的相互作用力△F 必与面元垂直。比值△F/△S 称平均压强。令△S 趋于零,而得平均压强的极限值,即

流体包括哪两样,怎么区别流体(2)

这个值称该点为压强。可以证明,压强与所取的面元△S 的方位无关,也就是说来自各个方向的压强都相等。既然如此,无需考虑压强的方向,它是一个标量。

2. 运动流体内的压强

理想流体内部没有粘滞力,同样可以证明,处干运动状态的理想流体内部的压强也是与方向无关的。

3. 静止流体内不同点的压强

静止流体内同一水平面上各点压强相等,密度为ρ 的静止流体内,高度差为h 的两点的压强差为ρh

4. 阿基米德原理

当一物体全部或部分地浸入流体中时,物体所受的浮力等于它所排开的流体重量。

流体包括哪两样,怎么区别流体(3)

二、理想流体的稳恒流动

1. 理想流体

在流体力学中,理想流体是一个理想化的模型。实际流体,当它各层间有相对滑动时,相邻层间存在着摩擦力,称内摩擦力或粘滞力。但水、酒精等液体内摩擦力很小,气体更小。还有,实际流体也不是不可压缩的,液体较难,气体却很容易,但很小的压强差就能导致气体迅速流动。因此,在不少问题里,粘滞性和压缩性对流体的运动影响很小,是次要的因素;而流动性是主要因素。我们把不可压缩和没有粘滞性的流体称为理想流体。

2. 两种研究流体运动的方法

历史上有两种研究流体运动的方法。一是直接采用牛顿的质点力学方法,把流体分为许多体元,每个体元都可看成一个流体质点,每个质点满足牛顿定律,从而列出一系列运动方程,这种方法称为拉格朗日方法。但是,追踪流动着的流体中这个质点或哪个质点是很麻烦的,实际上通常并不关心这个或哪个质点的命运,所以欧拉提出另一种方法,称位欧拉方法。它和力学中惯用的方法不同,它不去考察流体中的某一质点的运动过程,而是研究每个时刻在空间各点流体的速度分布。这一方法现在被广泛采用,包括我们下面的讨论。

3. 稳恒流动

在空间各点,流体速度可以不同,但是如果在每一点流体速度矢量不随时间变化,则流体的这种流动称为稳恒流动。

4. 流线和流管

常用流线来形象地描述流体的运动情况,流线是这样的一系列曲线:流经曲线上各点的流体质点,它的速度都和曲线相切。既然空间各点的流速具有一个确定的方向,所以流线与流线不相交。

对于稳恒流动,流线保持不变,流体质点就沿着流线运动。在这种情况下,流线也就是质点的运动轨迹。由一束流线所围成的管状区域,称为流管。因流线不相交,流体中质点的流速不会与流管“壁”相交,换句话说,流体的质点不可能穿过流管“壁”。管内的质点始终在管内,管外质点始终在管外。在流体力学中,往往取一流管作为代表加以研究。

5. 连续性方程

在作稳恒流动的流体中,取一流管。过流管中任意两点作横截面,截面积分别为△S1 和△S2。对于细流管,可认为同一截面上流速是一样的。

流体包括哪两样,怎么区别流体(4)

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