物体在流体中运动所受到的作用力
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。
粘滞力和摩擦力的关系
粘滞力和摩擦力的关系摩擦力是物体之间相互接触时产生的一种力,它可以阻碍物体相对运动或者使物体保持静止。
而粘滞力则是指在流体中,物体移动时所受到的阻力。
粘滞力和摩擦力在物理上是有一定关联的,下面将详细探讨这两者之间的关系。
我们先了解一下摩擦力的产生机制。
在物体之间存在着微观的不规则表面,当物体相互接触时,这些不规则的表面会产生一种相互阻碍的作用,从而产生摩擦力。
摩擦力的大小与物体之间的相互作用力有关,也与物体表面的粗糙程度有关。
一般来说,物体表面越粗糙,摩擦力越大。
与摩擦力相似,粘滞力也是由物体相对运动时所受到的阻力。
不同的是,粘滞力主要是在流体中才会出现。
流体中的分子之间存在着相互作用力,当物体在流体中移动时,它会与流体中的分子发生碰撞,从而产生粘滞力。
粘滞力与流体的黏度有关,黏度越大,粘滞力也就越大。
从物理的角度来看,粘滞力可以看作是摩擦力在流体中的表现。
由于流体中的分子之间的作用力比较弱,所以流体的摩擦力很小,但是流体的粘滞力较大。
相比之下,固体之间的摩擦力较大,但是粘滞力却较小。
从应用的角度来看,粘滞力和摩擦力在不同领域有着不同的作用。
在工程领域,摩擦力常常被用于制动装置和传动机构中,以实现物体的停止或传递动力。
而粘滞力则被广泛应用于流体力学领域,例如在管道输送流体时,粘滞力会对流体产生阻力,影响流体的流动速度。
粘滞力和摩擦力的关系可以通过实验来验证。
一种常见的实验方法是将一个物体放置在斜面上,通过改变斜面的角度,测量物体开始滑动时所需的最小角度。
实验结果表明,当斜面较为光滑时,物体开始滑动的角度较小,此时摩擦力较小;而当斜面较为粗糙时,物体开始滑动的角度较大,此时摩擦力较大。
这一实验结果与我们之前的理论分析是一致的。
粘滞力和摩擦力在物理上是有关联的,它们都是由物体之间相互接触时产生的一种力。
摩擦力主要存在于固体之间,而粘滞力则主要存在于流体中。
粘滞力可以看作是摩擦力在流体中的表现。
粘滞力和摩擦力在不同领域有着不同的应用,它们的大小都与物体之间的相互作用力有关,也与物体表面的粗糙程度和流体的黏度有关。
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。
流体的浮力和阻力
流体的浮力和阻力流体是指能够流动的物质,它具有一定的性质和特点,其中包括浮力和阻力。
浮力是指物体在液体中受到的向上的力,而阻力则是物体在流体中运动时受到的阻碍力。
本文将详细探讨流体的浮力和阻力以及其相关性质。
一、浮力浮力是物体在液体中所受到的向上的力,其大小与物体的体积和液体的密度有关。
根据阿基米德定律,当物体完全或部分浸没在液体中时,所受到的浮力等于所排开的液体的重量。
也就是说,浮力的大小等于物体排开液体的重量,方向与重力方向相反。
浮力的大小可以通过以下公式进行计算:F浮= ρ液体 × g × V物体其中,F浮表示浮力,ρ液体表示液体的密度,g表示重力加速度,V物体表示物体的体积。
浮力的应用非常广泛。
例如,船只的浮力可以使其漂浮在水面上,使得人们能够在水上航行。
潜水者利用浮力可以减轻身体所受到的重力,实现在水下自由移动。
浮力还被广泛应用于天平、仪器等设备中。
二、阻力阻力是物体在流体中运动时所受到的阻碍力,其大小与流体的密度、物体的速度和形状等因素有关。
阻力的作用是使物体运动受到阻滞,消耗物体的能量。
对于小球在空气中自由下落的情况,可以用斯托克斯定律来计算阻力的大小:F阻= 6πηrv其中,F阻表示阻力,η表示流体的粘度,r表示小球的半径,v表示小球在流体中的速度。
阻力的大小还与物体的形状有关。
当物体的形状更流线型时,阻力较小;而当物体的形状更圆润时,阻力较大。
这也是为什么汽车和飞机等交通工具会尽量设计成流线型的原因之一。
阻力在日常生活和工程领域中起着重要的作用。
例如,我们在骑自行车或者开车时,要克服空气的阻力才能保持速度;飞机在飞行时也要克服空气的阻力才能保持平稳的飞行。
三、浮力和阻力的关系浮力和阻力是两种影响物体在流体中运动的重要力。
在一些特定的情况下,它们之间存在一定的关系。
例如,当物体完全浸入液体中时,浮力和阻力是相等的,两者大小相等但方向相反。
这也是为什么气球可以漂浮在空中的原因。
动压和静压的理解
动压和静压的理解
动压和静压是流体力学中非常重要的两个概念,它们在航空、航天、
水利水电等领域中都有着广泛的应用。
动压和静压是指在流体中运动
的物体分别感受到的压力。
静压是指在静止的流体中,物体所受到的压力。
当一个物体静止不动时,周围的流体分子由于重力和气体分子间的碰撞等因素,会在物体
表面形成一层正压力,这就是静压。
静压通常用于液压和气压的测量,例如伏安计、压力变送器和气动制动器等。
而动压则是指当一个物体在流体中运动时,所受到的压力。
当一个物
体在流体中运动时,周围的流体分子在物体前进的方向上会被压缩并
加速,而在物体背面则会受到拉伸减速的作用。
由于牛顿第三定律的
作用,物体向前推动流体后,后面的流体就要向前给予物体一个反作
用力,这个反作用力就是动压。
通常,动压在飞行器和火箭等领域中
有着重要的应用。
在实际应用中,需要注意到动压和静压的量纲不同:静压是压力,量
纲为N/m^2或Pascal,而动压则是速度的平方除以2,量纲为
(m/s)^2/2,因此在进行相应的计算时需要注意单位的换算。
总的来说,动压和静压在流体力学中是两个基本的概念,它们为工程应用提供了理论依据和重要参考数据。
掌握动压和静压的理解,有助于我们更好地理解流体力学的相关领域,并在实际应用中增加工程师的设计思路和计算能力。
阻力和流体力学
阻力和流体力学阻力是指物体在流体中运动时受到的阻碍力量。
它是由流体对物体的摩擦力和压力差引起的。
流体力学研究了阻力的产生和作用,以及物体在流体中的运动规律。
本文将探讨阻力的定义、计算方法和影响因素,以及流体力学在实际应用中的重要性。
一、阻力的定义和计算阻力是指物体在流体中运动时所受到的力量,是流体对物体的摩擦力和压力差的综合效果。
它与物体的形状、流体的性质以及运动速度等因素相关。
在流体力学中,常用的计算公式有:1. 线性运动的阻力公式:阻力力量= 1/2 * ρ * A * Cd * V^2其中,ρ是流体的密度,A是物体在运动方向上的横截面积,Cd是物体的阻力系数,V是物体的速度。
2. 绕流体中心旋转的阻力公式:阻力力量= 1/2 * ρ * A * Cl * V^2其中,Cl是物体的升力系数,其大小与物体的形状有关。
二、阻力的影响因素阻力的大小与多个因素密切相关。
以下是影响阻力大小的三个主要因素:1. 物体的形状:物体的形状对阻力的大小有显著影响。
较大的横截面积会增加阻力,而较小的横截面积则会降低阻力。
2. 流体的性质:流体的密度和黏度也对阻力起到重要作用。
密度越大、黏度越高的流体会产生较大的阻力。
3. 运动速度:物体的运动速度越大,所受到的阻力也会相应增加。
当速度达到一定值时,阻力会成为物体运动的主要限制因素。
三、流体力学在实际应用中的重要性流体力学在工程和科学研究中具有广泛的应用。
下面介绍一些流体力学在实际应用中的重要性:1. 空气动力学与飞行器设计:流体力学为飞行器的设计和性能优化提供了重要的理论基础。
通过分析空气流场的阻力和升力分布,可以改进飞行器的气动外形,提高其性能和燃油效率。
2. 汽车工程:在汽车工程中,流体力学被广泛用于改善汽车的外形设计和空气动力学性能。
优化车身外形可以减小气流阻力,提高汽车的行驶稳定性和燃油经济性。
3. 水力工程与船舶设计:流体力学在水力工程和船舶设计中发挥着重要作用。
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。
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。
流体中的惯性力
流体中的惯性力惯性力是由于物体自身的惯性而产生的一种力。
在流体中,物体受到的惯性力由于流动速度和物体的质量决定。
本文将详细讨论流体中的惯性力及其相关性质。
一、流体力学基础知识在深入研究流体中的惯性力之前,我们先来了解一些基本的流体力学知识。
流体力学是研究流体力学性质和行为的学科,主要包括流体的流动、压力、密度以及流体的滑动摩擦等。
二、惯性力的定义惯性力是指当物体在流体中运动时,由于其自身的惯性而产生的一种力。
这种力会使物体在流体中呈现出一定的阻力,影响物体的运动轨迹。
在流体力学中,惯性力主要包括离心力和科里奥利力。
1. 离心力离心力是由于物体在旋转运动中惯性的作用而产生的力。
物体在流体中旋转时,由于其惯性使得物体具有离心趋势,从而生成离心力。
离心力的大小与物体的质量和旋转速度有关。
2. 科里奥利力科里奥利力是由于物体在流体中运动时受到的惯性力。
当物体在流体中匀速直线运动时,会受到科里奥利力的作用,使物体的运动发生一定的偏转。
三、惯性力的应用惯性力在实际生活中有着广泛的应用,以下列举几个常见的应用场景:1. 离心机离心机是一种利用离心力和离心加速度分离物质的设备。
通过应用离心力,离心机可以将混合液体中的不同组分分离出来,达到纯化或提取需要的物质的目的。
2. 飞行器的控制在飞行器的飞行过程中,科里奥利力对其运动轨迹起着重要的调控作用。
通过控制飞行器的运动状态,可以使其获得更稳定的飞行性能。
3. 汽车行驶的离心力汽车在弯道行驶时,由于离心力的作用,车辆会产生侧向的推力。
驾驶员需要通过控制车辆的方向盘来平衡这种推力,保证车辆的稳定行驶。
以上仅是惯性力在实际应用中的几个例子,实际上惯性力的应用非常广泛,涉及到各个领域。
四、结论流体中的惯性力是由于物体自身的惯性而产生的一种力。
在流体力学中,惯性力包括离心力和科里奥利力。
这些力的大小与物体的质量、流动速度以及几何形状等因素有关。
惯性力在实际生活中有着广泛的应用,对于各个领域的研究和应用起到了重要的作用。
阻力和流速计算公式
阻力和流速计算公式在物理学中,阻力和流速是两个重要的概念,它们在许多领域都有着重要的应用。
阻力是指物体在流体中运动时所受到的阻碍力,而流速则是流体在单位时间内通过某一横截面的速度。
在本文中,我们将讨论阻力和流速的计算公式,并探讨它们的应用。
首先,让我们来看一下阻力的计算公式。
在流体力学中,阻力可以通过以下公式来计算:F = 0.5 ρ A C v^2。
其中,F表示阻力,ρ表示流体的密度,A表示物体的受力面积,C表示阻力系数,v表示物体相对于流体的速度。
这个公式表明,阻力与流体的密度、物体的受力面积、阻力系数和速度都有关系。
当流体的密度增加、物体的受力面积增加、阻力系数增加或者速度增加时,阻力也会增加。
接下来,让我们来看一下流速的计算公式。
在流体力学中,流速可以通过以下公式来计算:v = Q / A。
其中,v表示流速,Q表示流体通过某一横截面的流量,A表示横截面的面积。
这个公式表明,流速与流体通过的流量和横截面的面积有关系。
当流体通过的流量增加或者横截面的面积减小时,流速会增加。
阻力和流速的计算公式在工程、物理学和其他领域都有着重要的应用。
例如,在空气动力学中,工程师需要计算飞机在空气中的阻力,以便设计出更加节能的飞机结构。
在液体输送系统中,工程师需要计算管道中流体的流速,以便选择合适的管道尺寸和泵的功率。
在汽车设计中,工程师需要计算汽车在行驶时所受到的空气阻力,以便设计出更加节能的车型。
除了工程领域,阻力和流速的计算公式还在物理学和科研领域有着重要的应用。
例如,在流体力学研究中,科研人员需要计算流体在管道中的流速,以便研究流体的运动规律。
在天文学研究中,科研人员需要计算行星在空间中的运动阻力,以便研究行星的轨道和运动规律。
总之,阻力和流速是物理学中重要的概念,它们在许多领域都有着重要的应用。
阻力和流速的计算公式可以帮助工程师和科研人员更好地理解和研究流体的运动规律,为工程设计和科学研究提供重要的参考依据。
急流勇进的物理原理
急流勇进的物理原理
急流勇进是一个物理现象和原理,涉及流体力学和动量守恒定律。
急流勇进指的是一个物体在流体中以较高的速度穿越流体流动的现象。
在急流中,流体的速度较快,产生的动压较大,会对物体产生作用力。
物体在流体中受到的作用力可以分为两个部分:压力力和摩擦力。
压力力是指急流对物体施加的压力,是由于流体流动过程中动能转化为压力能所产生的。
当物体进入急流中时,流体会对其表面施加压力,使物体受到向上的压力力。
根据物体和流体的相互作用,根据牛顿第三定律,物体同样会对流体施加反向的压力力。
摩擦力是指物体在流体中受到的摩擦阻力。
当物体以较快的速度在流体中移动时,流体与物体表面会发生摩擦,产生摩擦阻力。
摩擦力的大小与物体的形状、表面粗糙程度以及流体速度等因素有关。
根据动量守恒定律,物体在急流中的运动可以根据动量守恒定律进行分析。
动量守恒定律指出,一个封闭系统内物体的总动量保持不变。
在急流中,物体在进入急流前有一定的动量,进入急流后会受到压力力和摩擦力的作用,导致其动量发生变化。
根据动量守恒定律,物体的初始动量和最终动量之和保持不变。
综上所述,急流勇进的物理原理可以认为是流体的压力力和摩
擦力对物体产生的作用,以及根据动量守恒定律对物体运动进行分析。
流体力学中的流体阻力
流体力学中的流体阻力在流体力学中,流体阻力是指物体在流体中运动时所受到的阻碍力。
这种阻碍力来自流体对物体表面的粘附作用、流体的黏性、速度分布以及物体形状等因素。
了解流体阻力及其作用对于各个领域的工程设计和科学研究都有着重要的意义。
1. 流体阻力的基本原理流体阻力是由于物体在流体中运动时,流体分子与物体表面粘附而产生的阻碍力。
在牛顿力学中,物体在均匀运动中所受到的摩擦力是与物体的运动速度成正比的,而在流体力学中,流体阻力与速度的关系更复杂,通常可采用经验公式来描述。
2. 流体阻力的计算方法在实际应用中,计算流体阻力是非常重要的。
对于不同的物体形状和运动状态,需要采用不同的计算方法。
常用的计算方法包括阻力系数法、物理模型法以及数值模拟方法等。
其中,阻力系数法是一种经验公式法,可以通过实验获得流体阻力的近似值。
3. 影响流体阻力的因素流体阻力大小受多个因素的影响,主要包括物体的形状、表面特性、流体的性质、流体的速度和密度等。
对于同一物体而言,形状越复杂,表面越粗糙,流体阻力就越大。
此外,流体的黏性和密度也是影响流体阻力大小的重要因素。
4. 减小流体阻力的方法在工程设计和科学研究中,减小流体阻力可以降低能量损失,提高效率。
为了减小流体阻力,可以优化物体形状、改善表面光滑度、减小流体速度等。
此外,在一些特殊情况下,还可以通过引入辅助装置或者改变流体性质来降低流体阻力。
5. 流体阻力的应用流体阻力的研究和应用涉及到多个领域,如航空航天、水利工程、汽车设计等。
通过深入研究流体阻力特性,可以优化工程设计、提高效率和安全性。
例如,通过减小空气阻力可以降低飞机的燃油消耗;通过减小水的阻力可以提高船舶的行驶速度。
6. 流体阻力的挑战与前景尽管对于流体阻力有着深入的研究,但仍然存在一些挑战。
例如,在高速流动和复杂流动条件下,流体阻力的计算和预测更加困难。
同时,由于流体力学中存在多相流和非牛顿流体等复杂问题,对流体阻力的研究仍然具有挑战性。
阻力与速度物体在流体中的运动
阻力与速度物体在流体中的运动阻力与速度——物体在流体中的运动物体在流体中的运动中,阻力是一个重要的因素。
阻力的大小取决于流体的性质以及物体在流体中的速度。
本文将探讨阻力与速度对物体在流体中运动的影响。
一、流体中的阻力流体中的阻力是物体运动过程中受到的一种阻碍力。
流体阻力的大小与流体的黏性有关,流体的黏性越大,阻力越大。
同时,阻力还与物体在流体中的速度有关,速度越快,阻力越大。
二、斯托克斯公式斯托克斯公式是描述小球在流体中受到阻力的公式,它可以适用于小球在低速条件下的运动。
根据斯托克斯公式,小球在流体中受到的阻力与球体的半径、流体的黏性以及小球的速度有关。
三、牛顿运动定律与阻力的关系根据牛顿第二定律,物体在受到外力作用下,其运动状态会发生变化。
当物体在流体中运动时,阻力是物体受到的反向外力。
阻力的大小与物体的速度成正比。
四、流体中的速度与阻力关系物体在流体中的速度越大,所受阻力越大。
这是因为当速度增大时,物体与流体之间的相互作用会增加,流体对物体的阻碍力也会增大。
五、速度与阻力的实验验证实验可以进一步验证速度与阻力的关系。
通过调节流体的黏性和控制物体在流体中的速度,可以观察到阻力的变化。
实验结果表明,速度越高,阻力越大。
六、应用领域中的阻力与速度关系阻力与速度的关系在现实生活中有许多应用。
例如,在车辆运动中,速度越快,空气对车辆的阻力越大,从而影响车辆的加速和减速能力。
同样地,在飞机飞行中,空气的阻力也是飞机速度的一个重要限制因素。
七、优化运动效率的方法在一些情况下,为了减小阻力对物体运动的影响,可以采取一些措施来优化运动效率。
例如,在车辆设计中,改善车身流线型可以减小空气阻力;在游泳中,采用合理的姿势和减小水流阻力的技巧可以提高速度。
八、总结阻力与速度是物体在流体中运动过程中的重要因素。
阻力的大小取决于流体的黏性和物体的速度。
物体在流体中的速度越大,阻力也越大。
了解阻力与速度之间的关系,对于优化物体在流体中的运动效率具有重要意义。
体积功计算公式范文
体积功计算公式范文体积功是物理学中的一个重要概念,用来描述物体在运动过程中所做的功。
当物体在运动中沿着一定的路径运动时,它可能会受到各种外力的作用,这些外力会对物体做功,使得物体的能量发生改变。
体积功则是指物体在流体中运动时所做的功,其计算公式如下:体积功=P×Q其中,P表示流体对单位体积的功,是一个标量,单位为帕斯卡(Pa);Q表示物体在运动中所受到的流体力,是一个矢量,单位为立方米(m³)。
在流体中,物体受到的流体力来自于流体对物体的压力作用,即流体在单位面积上对物体施加的力。
根据物理学的基本原理,物体在流体中所受到的流体力可以表示为:F=-∇P其中,F表示物体所受到的流体力,是一个矢量,单位为牛顿(N);P表示流体中的压力,是一个标量,单位为帕斯卡(Pa);∇P表示流体压力的梯度,是一个矢量,表示压力在空间中的变化率。
根据上述公式,流体对物体施加的力与物体所受到的流体力之间存在一定的关系。
根据牛顿第二定律,物体所受到的流体力可以表示为:F = ma其中,m表示物体的质量,是一个标量,单位为千克(kg);a表示物体的加速度,是一个矢量,单位为米每秒平方(m/s²)。
将上述公式代入流体力的表达式中,得到:-ma = -∇P化简后可以求得物体在流体中运动时所受到的流体力与流体压力的关系:ma = ∇P根据牛顿第二定律,物体在运动过程中所受到的合力等于物体的质量乘以加速度,即:∑F = ma根据流体力和流体压力的关系,可以得到物体在运动中受到的合力等于流体压力的梯度乘以物体的体积∑F=-∇P=-∇(P*V)将上述关系代入体积功的计算公式中,得到:体积功=P*Q=-∇(P*V)*Q由于体积功是流体对物体施加的力在物体运动方向上的分量与物体位移的乘积,可以进一步化简得到:体积功=-∇(P*V)*Q=-∇(PV)*Q综上所述,体积功的计算公式为:体积功=-∇(PV)*Q其中,P表示流体对单位体积的功,是一个标量,单位为帕斯卡Pa;V表示物体的体积,是一个标量,单位为立方米m³;Q表示物体在运动中受到的流体力,是一个矢量,单位为立方米m³。
小船在河里滑动的原理
小船在河里滑动的原理小船在河里滑动的原理是由于物理学中的浮力和摩擦力的作用。
首先,我们来解释浮力的作用原理。
浮力是指物体在液体或气体中的一种受力,垂直方向上向上的力。
它是根据阿基米德原理提出的,即一个浸在液体中的物体所受到的浮力大小等于所排出液体的重量。
对于小船而言,当船在水中浮动时,船体下沉部分进入水中,所排出的水产生了一个向上的浮力。
这个浮力的大小与船体排放的水的质量成正比,与水的密度和排放的水的体积成正比。
其次,摩擦力也是小船滑动的重要原因之一。
摩擦力是由于物体表面之间的接触而发生的相互阻碍相对运动的力。
当船体与水面接触时,水分子与船体表面产生摩擦,阻碍了船体在水中的滑动。
同时,船底与水底之间也会发生摩擦,阻碍船体继续向前滑动。
摩擦力的大小与物体表面之间的粗糙度有关,表面越光滑,摩擦力越小。
另外,船体的形状也会影响到摩擦力的大小,船底的形状和船体的重量分布会对摩擦力产生影响。
在水中滑动的小船除了受到浮力和摩擦力的作用外,还受到阻力的影响。
阻力是指物体在流体中运动时受到的阻碍运动的力。
对于小船来说,在水中滑动时会受到水流对船体的阻碍。
阻力的大小与流体的密度、物体的形状、物体表面积以及流体的相对速度等因素有关。
小船滑动的原理可以总结为:当船体在水中浮动时,船体底部与水底之间产生摩擦力,阻碍了船体继续滑动;同时,船体底部与水面之间也产生摩擦力,阻碍了船体前进。
同时,船体由于浸入水中,排放的水产生浮力,向上抵消了部分船体的重力。
此外,水对船体的阻力也会影响到船体的运动。
综上所述,小船在河里滑动的原理是由于浮力和摩擦力的作用。
浮力的产生抵消了部分船体的重力,摩擦力则起到了阻碍船体滑动的作用。
值得注意的是,这只是小船滑动的一部分原理,实际上小船的滑动还受到许多其他因素的影响,如船体的形状、水的流速等。
因此,除了浮力和摩擦力外,还需要进一步研究这些因素对小船滑动的影响。
牛顿力学中的摩擦力与运动的阻力
牛顿力学中的摩擦力与运动的阻力摩擦力和阻力是牛顿力学中非常重要的概念,它们在运动中起着关键的作用。
本文将探讨摩擦力和阻力的概念、产生机制以及它们对运动的影响。
首先,我们先来了解摩擦力的概念。
摩擦力指的是两个物体在接触的过程中由于相互之间的接触而产生的阻碍它们相对滑动或相对运动趋势的力。
摩擦力的大小与接触物体之间的粗糙度有关,粗糙度越大,摩擦力就越大。
在牛顿力学中,摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力。
静摩擦力是在物体相对运动前的状态下产生的,用于阻碍物体运动的力。
而动摩擦力是物体相对运动后产生的,决定了物体运动的速度。
一个常见的例子是当我们尝试推动一个沿着地面移动的箱子时,需要克服静摩擦力才能使箱子开始运动。
摩擦力的产生机制可以通过微观层面来解释。
当两个物体接触时,它们的表面不是完全光滑的。
实际上,它们的表面比我们想象中的要粗糙得多。
当我们试图将这两个物体相对滑动时,它们的粗糙表面会相互嵌合,产生阻碍滑动的作用力。
这就是摩擦力的来源。
另一个与摩擦力相关的概念是运动的阻力。
阻力是一个物体在流体(例如空气或水)中运动时所受到的力,它是摩擦力在流体中的特殊现象。
与摩擦力类似,阻力也会阻碍物体的运动。
阻力的大小与物体的形状、速度以及介质的性质有关。
常见的例子是当物体在水中运动时,所受到的水阻力与物体的形状和速度有关。
摩擦力和阻力对运动的影响是不可忽视的。
在很多情况下,它们会减缓或阻碍物体的运动。
当我们推动一个重物时,摩擦力会消耗我们的能量。
同样,在车辆行驶时,阻力会减少车辆的速度。
因此,在设计运动装置或机器时,需要考虑这些力的存在,以确保设备的效率和安全。
然而,摩擦力和阻力并不总是消极的。
有时,它们也可以为我们提供帮助。
例如,在刹车系统中,摩擦力起到关键的作用,使车辆能够减速或停下来。
在攀登陡峭山坡时,静摩擦力可以防止我们滑落下来。
因此,在某些情况下,我们可以利用摩擦力和阻力来达到我们想要的效果。
总结起来,摩擦力是由于物体表面的粗糙度而产生的,它可以阻碍物体的相对滑动或相对运动趋势。
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 湍流图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。
图3 粘滞阻力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gtv=ghv实际物体在下落时,受到空气的粘滞阻力C1v和压差阻力C2v2,牛顿第二定律应改为d2x/dt2 = mg — C1v - C2v2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。