物体在流体中运动所受到的作用力

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流体相互作用力原理

流体相互作用力原理

流体相互作用力原理流体力学是研究流体运动和力学性质的学科,其中流体相互作用力是一个重要的研究领域。

本文将介绍流体相互作用力的原理及其应用。

一、流体相互作用力的概念流体相互作用力是指在流体之间存在的各种力,包括压力、粘性力、表面张力等。

这些力在流体力学中起到了关键作用,影响流体的运动和形态。

二、流体相互作用力的原理1.压力力:流体的压力是由于分子的碰撞和运动所产生的力。

根据帕斯卡定律,一个受到外力作用的封闭容器中的压力在各个方向上都是相等的。

当流体在封闭系统中流动时,流体的压力会导致体压力、流速和流动方向的变化。

2.粘性力:流体的粘性是指流体分子间的相互作用力。

粘性力会阻碍流体的流动,并产生阻尼效果。

流体的粘性力与流体的黏度成正比,并与流体的流速和流动方向有关。

3.表面张力:表面张力是液体表面上的分子间力,它使液体表面呈现出收缩的趋势。

表面张力是由于分子间的吸引力大于液体内部的分子间吸引力所导致的。

表面张力可以解释一些现象,如水滴的形状、液体的浸润性等。

4.浮力:根据阿基米德原理,当一个物体部分或完全浸没在液体中时,液体会对物体产生一个向上的浮力。

浮力是由于液体对物体施加的压力差所产生的,其大小与物体的体积和液体的密度有关。

三、流体相互作用力的应用流体相互作用力在工程和自然界中有着广泛的应用。

1.液压技术:液压系统利用流体的压力和相互作用力来传递能量和控制机械装置。

液压技术广泛应用于各种工程领域,如起重机、挖掘机、农业机械等。

2.管道流体传输:在管道中,流体相互作用力是长距离输送液体和气体的基础。

通过调整流体的压力和流速,可以控制流体在管道中的运动和输送。

3.船舶的浮力:船舶的浮力是由液体(水)对船体施加的浮力所产生的。

船舶的设计和建造必须考虑浮力的原理,以确保船舶具有足够的浮力来支持自身的重量。

4.水力发电:水力发电是利用水流的动能转换为电能的过程。

在水力发电中,液体相互作用力是驱动涡轮发电机转动的关键力量。

阻力系数_精品文档

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阻力系数简介阻力系数是物体在流体中运动时所受到的阻力大小的度量。

在流体动力学中,阻力是指物体与流体之间的相互作用力,它阻碍物体在流体中的运动。

阻力系数是衡量这种阻力大小的一个重要参数,通常用符号C D表示。

阻力系数的计算方法阻力系数的计算方法取决于物体的形状以及流体的性质。

常见的计算方法包括实验测量和数值模拟。

实验测量实验测量是一种常用的阻力系数计算方法。

通过在实验室中对特定物体在流体中的运动进行观察和测量,可以得到实际的阻力大小。

实验测量的方法包括静态测量和动态测量。

静态测量静态测量是指在恒定状态下测量物体受到的阻力。

具体方法包括将物体悬挂在流体中,测量物体的质量和受力情况,并通过计算得到阻力系数。

静态测量通常适用于较简单的物体形状,如球体和平板。

动态测量动态测量是指测量物体在流体中运动过程中受到的阻力。

一般通过在水池或风洞中进行实验,观察和测量物体的运动轨迹和受力情况,并利用运动方程和力学分析得到阻力系数。

动态测量适用于各种形状的物体,如汽车、船舶和飞机等。

数值模拟数值模拟是利用计算机对物体在流体中的运动进行模拟和计算,从而得到阻力系数。

这种方法通常基于流体动力学理论,通过数值计算流体中的速度场和压力场,再结合物体的形状和表面特征,计算得到阻力系数。

数值模拟方法可以适用于各种复杂的物体形状和流体运动情况。

应用领域阻力系数在许多工程和科学领域中都有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域:汽车工程在汽车工程中,阻力系数被用来评估汽车的空气动力性能。

通过测量汽车在流体中的阻力系数,可以优化车身外形设计,减少空气阻力,提升汽车的燃油经济性和安全性能。

船舶工程在船舶工程中,阻力系数被用来预测船舶的航行性能。

通过测量和计算船舶在水中的阻力系数,可以评估船舶的航行速度、推进功率和燃油消耗等参数,为船舶设计和船舶选型提供重要参考。

飞行器设计在飞行器设计中,阻力系数是一个重要的设计参数。

通过计算飞机在空气中的阻力系数,可以评估飞机的飞行性能和燃油经济性,指导新飞机的设计和改进。

阻力的公式初中物理

阻力的公式初中物理

阻力的公式初中物理阻力是物体运动过程中所受到的一种阻碍力量,它会影响物体的速度和方向。

阻力的大小取决于物体的形状、速度以及流体介质的性质,它可以是空气阻力、水阻力等等。

空气阻力是我们生活中常见的一种阻力,当物体移动时,空气分子与物体表面发生碰撞,碰撞产生了反作用力,即空气阻力。

空气阻力的大小与物体的形状和速度有关,如物体的表面积越大,形状越不流线型,速度越大,空气阻力就越大。

水阻力又称为流体阻力,是物体在水中运动时所受到的阻碍力量。

水阻力的大小与物体的形状、物体与水的相对速度以及流体介质的性质有关。

例如,当我们在水中游泳时,身体的形状和姿势会影响水阻力的大小,游泳速度越快,水阻力就越大。

除了空气阻力和水阻力,阻力还存在于其他的运动介质中,如液体和固体。

当物体在液体中运动时,液体分子与物体表面发生碰撞,产生反作用力,即液体阻力。

液体阻力的大小与物体的形状、速度以及液体的性质有关。

阻力的计算公式为:阻力 = 阻力系数× 物体表面积× (物体速度)²。

其中,阻力系数是与流体介质和物体性质相关的常数。

了解阻力的概念和公式对我们的生活和学习都具有重要意义。

首先,我们可以使用阻力的公式来计算物体所受到的阻力,从而预测物体在空气、水、液体等介质中的运动情况,为工程设计、运动训练等提供指导。

其次,了解阻力的大小和影响因素,可以帮助我们优化物体的形状和姿态,减小阻力,提高速度和效率。

例如,在汽车设计中,科学合理地设计车身形状可以减小空气阻力,提高燃油利用率。

总之,阻力是物体运动过程中不可忽视的一种力量,它的大小和方向会影响物体的运动轨迹和速度。

了解阻力的概念和公式,对我们理解物体运动、优化设计、提高效率都具有重要意义。

让我们积极学习并运用物理知识,探索阻力的奥秘,为科学的发展贡献一份力量。

物体受到的黏性摩擦力可通过物体在流体中移动时所受到的黏性阻力来计算

物体受到的黏性摩擦力可通过物体在流体中移动时所受到的黏性阻力来计算

物体受到的黏性摩擦力可通过物体在流体中移动时所受到的黏性阻力来计算黏性摩擦力是指物体与流体之间由于黏性阻力而产生的力。

当物体在流体中移动时,流体颗粒之间的黏性作用会阻碍物体的运动,使物体受到一个与物体速度成正比,与黏性阻力系数成正比的阻力。

下面将介绍黏性摩擦力的计算方法。

黏性阻力的计算公式为:F = η * A * v / l其中,F为物体受到的黏性阻力,η为流体的黏性系数,A为物体受阻部分的横截面积,v为物体的速度,l为物体与流体之间的相对滑动长度。

黏性系数η是流体的一个物理特性,与流体的黏稠程度有关。

黏性系数越大,流体的黏稠程度越高,黏性阻力也会随之增加。

在实际计算中,可以采取不同的方法来确定黏性阻力。

以下是几种常见的计算方式:1. 微分计算法微分计算法通过微小位移的差分方法来计算黏性阻力。

通过将受阻物体在流体中的运动过程划分为无数微小时间段,并在每个时间段内计算微小位移所受到的黏性阻力,最后将所有微小阻力相加得到总的黏性阻力。

2. 积分计算法积分计算法通过将受阻物体在流体中的运动过程分解为一系列连续的步骤,并对每个步骤进行黏性阻力的积分计算。

通过不断积分,可以得到整个运动过程中物体受到的总黏性阻力。

3. 实验测定法实验测定法是通过实际操作来测定物体在流体中受到的黏性阻力。

实验中可以通过改变物体的速度、黏性系数等条件,测定不同条件下物体受到的黏性阻力,然后进行数据统计和分析,得出黏性阻力的计算结果。

需要注意的是,黏性摩擦力的计算涉及到流体力学和黏性流体的知识,需要结合具体的物体形状、流体特性和运动速度等因素进行综合考虑,才能得到准确的结果。

在实际应用中,通常需要借助计算机模拟和实验测试相结合的方法,来对物体受到的黏性摩擦力进行精确计算和验证。

总结起来,物体受到的黏性摩擦力可通过物体在流体中移动时所受到的黏性阻力来计算。

黏性阻力的计算可以采用微分计算法、积分计算法或实验测定法等不同的方法,具体取决于实际情况。

物体在流体中运动所受到的作用力

物体在流体中运动所受到的作用力

物体在流体‎中运动所受‎到的作用力‎北京教育学‎院物理系叶禹卿在中学物理‎中,研究了自由‎落体、单摆、抛体、振动等物体‎的运动。

研究时,认为物体在‎空气和水(流体)中运动时,没有受到流‎体的作用力‎,物体的运动‎是“在理想情况‎下的运动”。

在进行中学‎物理教学时‎,应当让学生‎理解和掌握‎这种物体的‎“理想运动”规律。

但是也应当‎清楚:在流体中运‎动的任何物‎体,都受到流体‎的作用力,有些情况下‎的作用力还‎很大,明显地影响‎了物体的运‎动状态。

对于物体在‎流体中运动‎的实际情况‎,我们应当有‎所了解。

本文仅介绍‎实际流体对‎在其中运动‎物体的阻力‎、压力,研究一些在‎流体中运动‎的实际物体‎运动规律,简要分析和‎说明有关理‎论与实际联‎系一些问题‎。

一、对流体的认‎识流体由连续‎分布的介质‎组成,有自身的结‎构和特点。

物体在流体‎中运动时,对组成流体‎的介质有作‎用,也必定受到‎介质的反作‎用。

在过去的中‎学物理中,基本不讨论‎流体问题。

现在,初中和高中‎都增加了有‎关流体的内‎容。

例如,在高中实验‎教材第一册‎增加了“流体的阻力‎”“伯努利方程‎”等,对流体的主‎要性质及其‎运动规律做‎了简单分析‎。

1.流体具有易‎流性、粘性和压缩‎性易流性是流‎体在切向力‎作用下,容易发生连‎续不断变形‎运动的特性‎。

液体和气体‎与固体的差‎异,或者说流体‎最显著的特‎征就是具有‎“流动性”或者“易流性”。

如果对静止‎的流体施加‎一个切向力‎,即使这个力‎多么微小,流体也将沿‎着力的方向‎运动。

流体具有易‎流性的原因‎,是流体既不‎能承受拉力‎、也不能承受‎切向力。

由于流体具‎有易流性,所以流体没‎有固定的形‎状,并且在流动‎中能与外界‎发生各种传‎输作用。

理想流体和‎实际流体都‎具有易流性‎。

理想流体的‎易流性比实‎际流体更强‎。

气体只能传‎递纵波、液体主要传‎递纵波的原‎因就是流体‎的易流性。

理想流体是‎没有粘性的‎,其内各部分‎之间不存在‎切向作用力‎。

流体摩擦阻力

流体摩擦阻力

流体摩擦阻力流体摩擦阻力是指在流体介质中,物体在运动过程中受到的摩擦力的阻碍。

无论是在日常生活中还是在工程实践中,流体摩擦阻力都是一个重要的物理现象。

本文将从流体摩擦阻力的概念、产生原因、计算方法以及应用领域等方面展开讨论。

一、概念流体摩擦阻力是指物体在流体中运动时,由于物体表面与流体相互接触而产生的摩擦力。

流体摩擦阻力与物体的形状、表面性质以及流体的黏性等因素密切相关。

当物体在流体中运动时,流体分子与物体表面发生相互作用,使得物体受到了阻碍,从而产生摩擦阻力。

二、产生原因流体摩擦阻力的产生主要有两个原因。

首先,流体黏性是产生摩擦阻力的重要因素。

流体的黏性大小决定了流体分子之间的相互作用力,从而影响了物体在流体中运动时受到的阻力大小。

其次,物体的表面形状和表面性质也对流体摩擦阻力有重要影响。

表面光滑的物体与流体的接触面积较小,流体分子与物体表面的接触较少,从而减小了摩擦阻力。

三、计算方法计算流体摩擦阻力的方法有多种。

其中,最常用的方法是使用流体力学的基本公式来计算。

根据流体力学的基本原理,流体摩擦阻力与流体的密度、速度、物体的表面积以及物体与流体之间的黏性有关。

因此,可以通过测量这些参数来计算流体摩擦阻力。

四、应用领域流体摩擦阻力在工程实践中有着广泛的应用。

例如,在飞机设计中,减小飞机表面的摩擦阻力能够提高飞机的飞行速度和燃油效率。

在汽车设计中,降低汽车表面的摩擦阻力可以减少空气阻力,提高汽车的燃油经济性。

此外,流体摩擦阻力还在船舶、高铁、风力发电等领域起着重要作用。

总结起来,流体摩擦阻力是物体在流体中运动时受到的阻碍力。

它的产生原因主要包括流体的黏性和物体表面的形状、性质等因素。

计算流体摩擦阻力的方法主要基于流体力学的基本公式。

流体摩擦阻力在工程实践中有着广泛的应用,对于提高飞机、汽车等运动工具的性能具有重要意义。

通过深入了解流体摩擦阻力的概念、产生原因、计算方法以及应用领域,我们可以更好地理解和应用这一重要物理现象。

物体在流体中运动所受到的作用力(精.选)

物体在流体中运动所受到的作用力(精.选)

物体在流体中运动所受到的作用力北京教育学院物理系叶禹卿在中学物理中,研究了自由落体、单摆、抛体、振动等物体的运动。

研究时,认为物体在空气和水(流体)中运动时,没有受到流体的作用力,物体的运动是“在理想情况下的运动”。

在进行中学物理教学时,应当让学生理解和掌握这种物体的“理想运动”规律。

但是也应当清楚:在流体中运动的任何物体,都受到流体的作用力,有些情况下的作用力还很大,明显地影响了物体的运动状态。

对于物体在流体中运动的实际情况,我们应当有所了解。

本文仅介绍实际流体对在其中运动物体的阻力、压力,研究一些在流体中运动的实际物体运动规律,简要分析和说明有关理论与实际联系一些问题。

一、对流体的认识流体由连续分布的介质组成,有自身的结构和特点。

物体在流体中运动时,对组成流体的介质有作用,也必定受到介质的反作用。

在过去的中学物理中,基本不讨论流体问题。

现在,初中和高中都增加了有关流体的内容。

例如,在高中实验教材第一册增加了“流体的阻力”“伯努利方程”等,对流体的主要性质及其运动规律做了简单分析。

1.流体具有易流性、粘性和压缩性易流性是流体在切向力作用下,容易发生连续不断变形运动的特性。

液体和气体与固体的差异,或者说流体最显著的特征就是具有“流动性”或者“易流性”。

如果对静止的流体施加一个切向力,即使这个力多么微小,流体也将沿着力的方向运动。

流体具有易流性的原因,是流体既不能承受拉力、也不能承受切向力。

由于流体具有易流性,所以流体没有固定的形状,并且在流动中能与外界发生各种传输作用。

理想流体和实际流体都具有易流性。

理想流体的易流性比实际流体更强。

气体只能传递纵波、液体主要传递纵波的原因就是流体的易流性。

理想流体是没有粘性的,其内各部分之间不存在切向作用力。

实际流体与理想流体的主要差异是实际流体有粘性。

粘性大小用粘性系数表示。

粘性系数由流体自身的性质决定,与流体的种类、流体的温度等一些因素有关。

在国际单位制中,粘性系数的单位是Pa·s。

阻力是什么意思

阻力是什么意思

阻力是什么意思阻力的意思:指阻碍事物发展或前进的外力。

物理学上指物体在流体中相对运动所产生的与运动方向相反的力,又称后拽力、空气阻力或流体阻力。

妨碍物体运动的作用力,称“阻力”。

在一段平直的铁路上行驶的火车,受到机车的牵引力,同时受到空气和铁轨对它的阻力。

牵引力和阻力的方向相反,牵引力使火车速度增大,而阻力使火车的速度减小。

如果牵引力和阻力彼此平衡,它们对火车的作用就互相抵消,火车就保持匀速直线运动。

物体在液体中运动时,运动物体受到流体的作用力,使其速度减小,这种作用力亦是阻力。

例如划船时船桨与水之间,水阻碍桨向后运动之力就是阻力。

又如,物体在空气中运动,因与空气摩擦而受到阻力。

阻力,又称后曳力、空气阻力或流体阻力,是物体在流体中相对运动所产生与运动方向相反的力。

阻力的方向和其所在流场的流速方向相反。

一般摩擦力不随速度变化而变化,但阻力会随速度而变化。

对于一个在流体中移动的物体,阻力为周围流体对物体施力,在移动方向的反方向上分量的总和。

而施力和移动方向垂直的分量一般则视为升力。

因此阻力和物体移动方向恰好相反,像飞机前进时会产生推力来克服阻力的影响。

在航天动力学中,大气阻力可以视为太空飞行器在发射时的低效率,其影响则是在发射时需要额外的能量,不过在返回轨道时大气阻力有助于太空飞行器减速,可减少减速额外需要的能量,不过大气阻力产生的热量甚至可以将物体熔化。

阻力与摩擦力并不相同,因为摩擦力有时可以是动力(例如:传送带送货物)。

阻力造句:1、他冲破重重的阻力取得了成功。

2、他自由自在的飞驰,几乎感觉不到空气的阻力。

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物体在流体中运动所受到的作用力北京教育学院物理系叶禹卿在中学物理中,研究了自由落体、单摆、抛体、振动等物体的运动。

研究时,认为物体在空气和水(流体)中运动时,没有受到流体的作用力,物体的运动是“在理想情况下的运动”。

在进行中学物理教学时,应当让学生理解和掌握这种物体的“理想运动”规律。

但是也应当清楚:在流体中运动的任何物体,都受到流体的作用力,有些情况下的作用力还很大,明显地影响了物体的运动状态。

对于物体在流体中运动的实际情况,我们应当有所了解。

本文仅介绍实际流体对在其中运动物体的阻力、压力,研究一些在流体中运动的实际物体运动规律,简要分析和说明有关理论与实际联系一些问题。

一、对流体的认识流体由连续分布的介质组成,有自身的结构和特点。

物体在流体中运动时,对组成流体的介质有作用,也必定受到介质的反作用。

在过去的中学物理中,基本不讨论流体问题。

现在,初中和高中都增加了有关流体的内容。

例如,在高中实验教材第一册增加了“流体的阻力”“伯努利方程”等,对流体的主要性质及其运动规律做了简单分析。

1.流体具有易流性、粘性和压缩性易流性是流体在切向力作用下,容易发生连续不断变形运动的特性。

液体和气体与固体的差异,或者说流体最显著的特征就是具有“流动性”或者“易流性”。

如果对静止的流体施加一个切向力,即使这个力多么微小,流体也将沿着力的方向运动。

流体具有易流性的原因,是流体既不能承受拉力、也不能承受切向力。

由于流体具有易流性,所以流体没有固定的形状,并且在流动中能与外界发生各种传输作用。

理想流体和实际流体都具有易流性。

理想流体的易流性比实际流体更强。

气体只能传递纵波、液体主要传递纵波的原因就是流体的易流性。

理想流体是没有粘性的,其内各部分之间不存在切向作用力。

实际流体与理想流体的主要差异是实际流体有粘性。

粘性大小用粘性系数表示。

粘性系数由流体自身的性质决定,与流体的种类、流体的温度等一些因素有关。

在国际单位制中,粘性系数的单位是Pa·s。

表1为常见的一些流体在标准大气压时的粘性系数。

从表可以看出:空气的黏性系数比水的黏性系数小;随着温度的升高,同一个物体的粘性系数减小。

表1 常见流体的粘性系数(Pa·s)压缩性是在外力的作用下流体体积可以变化的性质。

在质量不变时,流体被压缩意味着它的密度加大。

理想流体没有压缩性,无论外界施加多大的压力,它的体积都不会改变。

实际流体都有压缩性。

一般液体的压缩性不大,而气体的压缩性比较大。

被压缩后,液体内的分子间距减小、相互间的斥力加大。

液体内部压强大小随其分子间距变化,而且十分明显。

水的体积减小百万分之一,其压强会增大上百个大气压。

密闭容器内液体施加压力、液体内部较深处压强加大的原因,就是液体被压缩后体积减小。

通常情况下,气体很容易被压缩性。

但绝不能由此认为:在任何情况下气体的压缩性都很大。

例如,某个物体(如飞机)以接近声速的速度飞行,此时的空气好像钢板一样,飞机穿越时非常困难。

2.流体的层流和湍流流体在流动时,具有层流和湍流等几种不同的状态。

层流是流体的稳定流动,其特征是:在流动时,流体分为若干层,质点在各层内流动,做一层滑过一层的位移,层与层之间没有明显的干扰。

各层间的分子只因扩散而转移。

流体的流动速度沿着各层的切面方向。

一般情况下的河水流动是稳定的,河水此时的运动就是层流。

伯努利方程是流体在层流时的规律。

湍流是自然和工程设备中最常见的一种流动状态。

相对于层流来说,湍流是一种复杂的、无秩序的、随机性极强的流动现象。

例如,物体在流体中运动时,它必须“挤开”其前方的流体前进,同时在后方形成一个“真空”区;流体将通过物体的侧面,进入物体后方区域。

如果物体的运动速度较大、流体不能很快通过物体侧面进入物体后方区域,就会出现湍流。

汽车在有灰尘的公路上快速行驶时,车的后方出现被“扬起”的灰尘。

这些灰尘的运动没有规则,其运动表现出了在汽车后方空气湍流的情况,如图1所示。

图1左为在液体中运动的圆形物体所形成的湍流照片,右图为相应的示意图。

可以看出:在离圆形物体较远的区域,流体的运动与理想情况相似;在靠近圆形物体的区域,流体的运动与理想情况有很大的差异。

湍流的情况与物体与流体之间相对运动的速度有关。

将一个圆柱体放在流体中,当流体向右方流动时,流体与圆柱体的相对速度不同,流体流动的情况不同。

相对速度比较小时,流体的流动基本为层流。

相对速度加大时,湍流现象越来越明显。

图2为在不同相对速度时流体的湍流照片,从A 到F 流体与圆柱体的相对速度依次增大。

二、流体对在其中运动物体的阻力和压力图1 湍流 图2 在运动流体中圆柱体所形成的湍流空气等实际流体不是理想流体,物体在运动时受到了流体的阻力,以及与静止流体内部压力不同的另外一种压力。

实际物体运动的情况与理论分析所得到的结论,有时存在很大的差异。

在流体中的物体与流体有相对运动时,受到流体的浮力、压力和阻力。

流体对运动物体的阻力,主要有粘性阻力、压差阻力和兴波阻力三种。

1.粘滞阻力牛顿在1687年用在流体中拖动的平板,做了著名的粘性流动实验(如图3所示)。

图中两块板的面积均为ΔS,相互间距为h,上板以速度V运动,下板静止不动,板间的流体运动为层流。

牛顿通过实验测定板所受到粘滞阻力的大小。

实验结果是:阻力f的大小与物体的截面积ΔS、流体的粘性系数η、流体的速度梯度(dv/dy)存在线性关系。

粘滞阻力为f =ηΔS(dv/dy)在流体缓慢流过静止的物体或者物体在流体中运动时,流体内各部分流动的速度不同,存在粘滞阻力。

粘滞阻力的大小与物体的运动速度成正比,即f∝v,可以写为f = C1v,C1称为粘滞阻力系数。

斯托克斯测出球形物体在流体中缓慢运动时,所受到的粘滞阻力大小为f = 6πηvr上式称为斯托克斯公式,式中的η为流体的粘性系数、f为球形物体的半径。

在理论力学中所说的“与物体速度一次方成正比的阻力”,指的就是粘滞阻力。

在空气中运动速度不十分快的物体,受到的阻力主要是粘滞阻力。

2.压差阻力当流体运动遇到物体时,流体会被物体分开,从物体的不同侧面流过。

如果流体具有一定的粘性,靠近物体的那部分流体的速度将减慢,在物体的后面一侧形成“真空”地带,离物体较远处的流体将向这个“真空”地带补充,出现如图1所示的湍流。

图3为圆柱型物体所形成湍流的示意图,由图可见在物体后方形成了“尾流”。

此时,物体前后两部分流体内单位体积分子数不同,前后侧面受到流体的压力不同,使得物体受到流体的阻力,这种阻力称为压差阻力。

在理论力学中所说的“物体运动时受到空气与速度二次方成正比的阻力”,指的就是空气对物体的压差阻力。

降落伞在空中受到空气的阻力是压差阻力。

压差阻力的大小与物体运动速度的平方成正比,即f∝v2,可以写为f = C2v2。

产生压差阻力的机制与粘滞阻力不同。

粘滞阻力是物体表面处流体与物体相互作用的结果;压差阻力是物体前后面出现压力差的结果。

从本质上讲,压差阻力也是由粘滞阻力引起的。

因为流体与物体之间存在粘滞阻力,才使得从物体侧面流过的流体不能立刻到达物体的后方,出现后方的“真空”、“尾流”,产生压力差。

压差阻力的大小与流体的密度、物体的速度有关。

如果流体的阻力系数为C D,密度为ρ、圆柱体的半径为r、长度为L,圆柱形物体在流体中以速度v运动时,受到如图4所示的压强和压力。

运动的圆柱体所受压差阻力大小为f = C DρrLv2图3 粘滞阻力因为气体的密度较小,所以在气体中运动的物体,一般情况下受到的阻力主要是粘滞阻力;在空气中运动速度较大的物体,受到的阻力主要是压差阻力。

液体的密度比气体大,在液体中运动的物体受到压差阻力的影响比较大。

3.兴波阻力船舶在水中前进时,使水离开原来的位置产生振动、形成波浪。

波是振动的传播,也是能量的传播。

船舶是产生振动的物体,在船前进的时候,一部分能量传递给水,并且随着水波向外传播,能量也向外传播、在产生振动的过程中减少。

从能量减少的角度,可以认为船舶在运动中受到水的阻力,这种力称为兴波阻力。

兴波阻力的本质与粘性阻力、压差阻力不同。

兴波阻力的大小与流体的粘性无关,而与船舶的外形、运动速度有关。

现代一些大的船舶,为了减少兴波阻力,将船体吃水线下方部分做成球形的鼻子状。

其作用是在船行驶时,水面上下部分的船体都会产生波浪,为相干波。

这两部分波的振动方向相反,它们在相互叠加时互相抵消、减弱,使海面比较平静、减少能量的损失。

4.流体对运动物体的压强在中学物理中讲到的“液体内部压强”,指的是流体处于静止状态时,液体的内部压强。

在流体层流时,还会出现由于流体运动而产生的压强。

这个压强是物体与流体有相对运动时出现的。

流体在层流时,遵从连续性方程和伯努利方程。

连续性方程是物质质量守恒的体现,说明在每一个时刻,空间每一个区域内的质量不变,其数学表达式为:ρ1v1=ρ2v2伯努利方程是物质能量守恒的体现,说明在流体稳定流动的每一个时刻,空间每一个区域内的能量不变,其数学表达式为:p1+ρgh1+ρv12/2 = p1+ρgh2+ρv22/2式中p1、p2、h1、h2、v1、v2、分别为流体在1、2两点处的压强、高度和速度。

根据连续性方程和伯努利方程,可以看出:即使1、2两点的高度相同,当它们之间的流体速度有差别时,两点间也产生压强差。

在图5中,气体从圆柱体流过,流动情况如图所示。

因为从圆柱体上方流过的气体速v度1从比圆柱体下方流过的气体速度v2大,所以在圆柱体上方的气体的压强p1比圆柱体下方气体的压强 p2 小。

三、对几个实际问题的讨论图5 流体对运动物体的压强1.在空气中下落物体的运动在中学物理中讨论自由落体问题时,认为物体是“自由下落”的,只受重力作用,按照牛顿第二定律有 md2x/dt2 = mg,可求出物体的速度为2=或ghgtvv=实际物体在下落时,受到空气的粘滞阻力C 1v 和压差阻力C 2v 2,牛顿第二定律应改为d 2x/dt 2 = mg - C 1v - C 2v2 很容易看出:在各时刻,实际物体下落的速度都小于自由落体的速度;由决定空气阻力大小的因素可知,实际物体下落速度的大小与物体形状、物体质量有关,与流体的种类有关。

【例1】跳伞运动员从高空跳下,开始阶段不打开伞,下落一定距离后做匀速直线运动,在空中作特技表演。

其理论依据就是运动员受到了空气的阻力。

运动员在下落速度比较快时,主要受压差阻力。

如果不计粘滞阻力,有m d 2x/dt 2 = mg - C 2v2 a = dv/dt = g - C 2v 2/m从上式可以看出,运动员的下降加速度随下落速度变化,速度越大、加速度越小.解上面的方程式,可求出不同时刻的速度、加速度数值。

当速度达到某一数值时,运动员的加速度为零、匀速下降。

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