流体的力现象
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。
流体的静压力和动压力
流体的静压力和动压力流体是由大量微观粒子组成的连续物质，在力学中有着重要的地位。
流体力学研究了液体和气体的运动和受力情况。
其中，静压力和动压力是流体力学中的两个重要概念。
一、静压力静压力是指在静止的流体中由于压力差产生的压力。
当流体处于稳定状态时，压力在各个点上均匀分布，垂直于表面方向。
根据帕斯卡定律，任意一点上的压强是与该点深度有关的，在同一水平面上的点具有相同的压强。
静压力的大小取决于流体的密度和深度，可以通过以下公式计算：P_static = P0 + ρgh其中，P_static表示静压力，P0是参考压强，ρ是流体密度，g是重力加速度，h是该点距离参考面的深度。
二、动压力动压力是指在流体运动时由于速度增加而产生的压力。
当流体通过管道、喷嘴等狭窄的通道时，流速增加，流体分子间的碰撞频率增加，从而导致压力增加，形成动压力。
动压力的大小取决于流体密度和流速，可以通过以下公式计算：P_dynamic = 0.5ρv²其中，P_dynamic表示动压力，ρ是流体密度，v是流体的速度。
三、静压力和动压力的应用1. 飞机的升力：在飞机飞行时，飞机翼面顶部流体流速快，底部流速慢，由于速度差导致压力差，形成升力。
2. 液压系统：利用流体的静压力可以实现液压设备的操作，如液压千斤顶等。
3. 水压机械：利用流体的动压力可以实现水轮机、汽轮机等水力机械的转动。
4. 流量测量：通过测量流体在不同位置的静压力和动压力，可以对流体的流量进行精确测量。
四、流体静压力和动压力的区别与联系1. 区别：静压力是指静止流体中由于压力差产生的压力，而动压力是指流体运动时由于速度增加而产生的压力。
2. 联系：在一些情况下，静压力和动压力可以同时存在，如在飞机飞行和水力机械中。
静压力和动压力之间有着紧密的联系，相互转化影响着流体的运动和受力情况。
总结：流体的静压力和动压力是流体力学中的重要概念。
静压力是由于压力差在静止流体中产生的压力，动压力是由于速度增加在流体运动中产生的压力。
流体动力过程资料
流体动力过程资料流体动力过程是指流体在流动中的力学行为和能量转换过程。
它涉及到许多重要的物理概念和现象，如流动的稳定性、阻力、湍流、动能和势能的转换等。
在这篇文章中，我们将介绍一些流体力学的基本原理，并以一些实际应用为例，进一步说明流体动力过程的重要性和应用领域。
流体力学是研究流体在运动中的行为和特性的学科。
它通过观察和分析流体的流动模式、速度分布、压力变化等因素，来解释和预测流体的运动和力学行为。
在流动中，流体受到各种力的作用，包括压力力、重力力、阻力力等。
其中，压力力是由于流体分子之间的碰撞而产生的，它趋向于使流体朝向压力较低的方向流动。
重力力是由于重力作用而产生的，它趋向于使流体朝向低处流动。
阻力力是由于流体与物体之间的相互作用而产生的，它趋向于阻碍流体的运动。
在一些情况下，流体的流动可能会变得不稳定，形成湍流。
湍流是指流体的流动速度和压力分布随时间和空间发生不规则变化的现象。
湍流的产生和发展过程是一个复杂的非线性过程，涉及到许多物理因素和条件，如速度分布、流动形态、摩擦力等。
在流体动力过程中，动能和势能的转换是一个重要的过程。
动能是由于流体的运动而具有的能量，它与流体的速度和质量有关。
势能是由于流体的位置而具有的能量，它与流体的高度和重力势能有关。
在流体的运动过程中，动能和势能可以相互转换，从而实现能量的传递和转化。
流体动力过程在许多实际应用中具有重要意义。
例如，在工程领域中，人们常常需要研究和优化管道系统、空气动力学和水力学问题。
通过对流体动力过程的研究，可以更好地理解和预测流体在管道和流道中的运动行为，从而设计更有效的流体系统和设备。
此外，在天然气和石油开采中，流体动力过程也具有重要的应用价值。
人们可以通过研究和优化流体在岩石孔隙中的流动行为，提高开采效率和产量。
综上所述，流体动力过程是流体力学的重要研究内容之一、通过对流体在流动中的力学行为和能量转换过程的研究，我们可以更好地理解和掌握流体的运动规律和特性，从而推动流体动力学在工程和科学研究中的应用和发展。
科里奥利力原理
科里奥利力原理
科里奥利力原理，又称为科氏力或转向力，是描述流体中物体运动时所受到的一种力的原理。
根据科里奥利力原理，当在一个流体中运动的物体受到外力作用时，会产生一个垂直于其运动方向和速度的转向力。
根据科里奥利力原理，流体中运动的物体会受到两种力的作用：惯性力和科里奥利力。
惯性力是由于物体本身的惯性所产生的，它与物体的质量和速度有关。
科里奥利力是由于物体在流体中运动时所产生的离心力和向心力的合力，它与物体的运动速度、物体所处位置以及流体的转速有关。
根据科里奥利力原理，物体在流体中运动时，其运动轨迹会受到科里奥利力的影响而发生偏转。
当物体向流体中心运动时，科里奥利力会产生一个向外的离心力，使得物体的运动轨迹发生偏离，并呈现出顺时针的转向；当物体远离流体中心运动时，科里奥利力会产生一个向内的向心力，使得物体的运动轨迹发生偏离，并呈现出逆时针的转向。
科里奥利力原理在自然界和工程实践中具有广泛的应用。
例如，在天气系统中，科里奥利力的作用使得飓风和台风的旋转方向确定；在地球自转的过程中，科里奥利力影响了大气和洋流的运动方向；在工程设计中，科里奥利力的影响需要考虑到，以确保设备的正常工作。
综上所述，科里奥利力原理是描述流体中物体运动时所受到的一种力的原理。
它通过解释物体在流体中的运动轨迹偏转，揭
示了流体力学中重要的力学现象，对于理解和应用流体力学方程以及解释自然界中的许多现象具有重要意义。
流体力学现象
流体力学现象
流体力学是研究流体的力学性质、流动规律及其应用的学科。
以下是一些常见的流体力学现象：
1.粘性：液体和气体都具有粘性，即流体的分子之间有一定的吸引力和相互作用，导致在流动过程中有摩擦力产生。
2.层流和湍流：流体在管道或其它空间中流动时，会产生两种不同的流动方式，即层流和湍流。
层流是指流体在管道内呈现出非常规律的流动模式，而湍流则是指流体在管道内呈现出非常不规律的流动模式。
3.空气动力学：空气动力学是研究空气流动的力学学科，包括研究空气在物体表面流动时产生的阻力、升力等现象。
4.热对流：在浮力的作用下，热气体或热液体会通过对流方式传热。
这是一种非常常见的现象，常见于地球的自然界中，例如大气环流和海洋环流等。
5.水波和声波：当水流或者空气流动时，会形成一种波形的运动。
当这种运动以某种特定的频率振动时，会产生一种水波或声波的现象。
6.流体静力学：研究静止流体的力学特性，包括研究容器中的液体或气体受力、流体中的压力分布等。
7.表面张力：当流体与其他物质接触时，流体表面会呈现一种张力的状态，这种现象被称为表面张力。
例如水鸟在水面上滑行时所形成的水滑翔现象就是一种表面张力的作用。
教科版八年级物理下册 第十章 流体的力现象 第1节 在流体中运动(课件)
伯努利的发现
活动 流体压强与流速的关系 1.将纸条一端贴近下嘴唇，用力向纸条上方吹气。
纸条向上飘起 2.用手握两张纸，让纸自由下垂，在两张纸的中间 向下吹气。
两张纸条相互靠近
归纳总结
科学家通过大量实验发现，对于流动的 液体和气体，在流速大的地方压强__小____， 流速小的地方压强__大___。
鸟向前飞翔，空气沿着鸟翼流过，由于鸟翼 横截面的形状上下不对称，在相同的时间内，鸟 翼上方气流通过的路程较长，因而速度快，它对 鸟翼的压强较小；下方气流通过的路程较短，因 而速度慢，它对鸟翼的压强较大；这样在鸟翼的 上下表面产生了压强差，这个压强差就形成了鸟 翼向上的升力。
飞机和鸟类有相似的外形，飞机的成功 研制是仿生的一个典型例子
思考：飞机的升力是怎样产生的？
迎面吹来的风被机翼分成两 部分，由于机翼横截面形状上下 不对称，在相同的时间里机翼上 方气流通过的路程长，所以速度 快，比下方气流大．气流在机翼 上下表面由于流速不同产生压力 差，这就是向上的升力．
随堂练习
1. 物理学中把具有__流__动_性____的液体和气体统 称为流体．流体的压强与__流__速___有关，_流_速____ 越大的位置压强反而越小。
实验探究 鸟翼的升力
鸟类的翅膀形状各异，飞行方式也各不 相同，但它们有一个共同的特点：鸟翼横截面 的边线是弯曲的。
用硬纸做一个鸟翼模型，在其中间插一 根吸管，穿过吸管将模型套在一根竖直的铁丝 上，使它可以自由地上下移动。用吹风机对着 模型吹风，观察气流对鸟翼模型有什么作用。
水平的气流，能使鸟翼获得向上的升力。 思考：升力是怎样产生的呢？
第十章 流体的力现象
1.在流体中运动
教科版·八年级物理下册
第02讲绪论-作用在流体上的力
⎧ f x ρΔV ⎪ ⎨ f y ρΔV ⎪ ⎩ f z ρΔV
再考虑表面力，设与坐标面平行的三个 表面上的平均压力分别为pxx、 pyy、 pzz，倾 斜面上的平均压力为，则各微元面积上的压 力为：
⎧ p xx△ACD ⎪ p △ABD ⎪ yy ⎨ ⎪ p zz △ABC ⎪ p△BCD ⎩
1气液两相街面上的表面张力气液两相街面上的表面张力液体中的气泡空气中的水滴在没有外力场作用下总是呈圆球形这表明在热平衡时液滴表面好像有一张紧的薄膜包裹着如果将界面分割成两部分则分割线上必有某种张力使界面处于平衡这种张力称为表面张力surfacetension
第二讲 绪 论（2）
(Introduction)
x 对于理想流体，不存在剪切应力，界面上允许流体有切向滑移，但流 y b
体不能穿透界面，即流－固界面上，速度在法线方向上的投影相等：
v ⋅ n = vb ⋅ n
v n = vbn
该式称为理想流体在界面上的不可穿透条 件(Impenetrable Condition )。
u x
3 作用在流体上的力
作用在流体上的力，按物理成因可分为惯性力、重力、粘性力、压力 和电磁力等。 按力的作用方式可分为质量力、表面力和表面张力等。
⎧ du ⎪− dt ρΔV ⎪ ⎪ dv ⎨− ρΔV ⎪ dt ⎪ dw ⎪− dt ρΔV ⎩
最后考虑惯性力，设微元四面体的运动速度在坐标轴上的分量为 u 、 v 、 w，则惯性力的分量为：
微元四面体所受各种外力应该平衡，各坐标轴方向的合力应该为 零：
du ⎧ f x ρΔV + p xx△ACD − p△BCD cos(n, x) − ρΔV = 0 ⎪ dt ⎪ dv ⎪ f y ρΔV + p yy△ACD − p△BCD cos(n, y ) − ρΔV = 0 ⎨ dt ⎪ dw ⎪ ⎪ f z ρΔV + p zz △ACD − p△BCD cos(n, z ) − dt ρΔV = 0 ⎩
流体力学现象
流体力学现象
流体力学现象是指液体和气体在运动过程中所表现出来的各种
物理现象。
流体力学现象的研究可以帮助人们更好地理解天然界中的自然现象，也可以应用于工程领域中的各种问题。
其中比较常见的一些现象有以下几种：
1. 湍流现象：当液体或气体在流动过程中，速度和流量发生变
化时，就会出现湍流现象。
湍流会导致能量消耗增加，对物体的摩擦力也会增加。
2. 涡旋现象：在液体或气体流动的过程中，由于流动速度和流
向的变化而形成的旋转流动称为涡旋。
涡旋可以帮助混合物质，也可以在自然界中形成各种美丽的景观。
3. 压力梯度现象：液体或气体在流动过程中，由于其内部分子
之间的相互作用力的不同，会形成不同的压力梯度。
这种现象在天然界和各种工程领域中都有广泛的应用。
4. 喷流现象：当液体或气体通过一个小孔或管道喷出时，就会
形成喷流现象。
这种现象可以应用于各种喷雾器和火箭发动机等领域。
同时，也可以通过喷流现象来观测和研究液体和气体的运动规律。
流体力学现象的研究不仅可以发现自然界中各种奇妙的现象，也可以促进人类社会的发展和进步。
- 1 -。
流体的重力和浮力效应
流体的重力和浮力效应流体是物质存在的三种形态之一，具有流动性和可变形性。
在流体力学中，重力和浮力是两个基本的力量，对流体的行为和性质产生了重要影响。
本文将探讨流体的重力和浮力效应，从而深入理解流体的运动规律和应用。
重力是地球或其他大质量物体吸引物体的力量。
在流体中，重力对流体的行为产生了显著影响。
首先，重力使流体具有向下的趋势，即流体会下沉。
这一点可以通过将水倒入玻璃杯中观察到，水会自动向下流动，并且在容器中形成平坦的水平面。
其次，重力还与流体的密度有关，密度越大的流体受到的重力就越大，相应地产生的压力也越大。
这一点可以通过将同样数量的水和油倒入两个相同体积的容器中观察到，由于油的密度比水小，所以相同体积的油受到的重力和压力都比水小。
浮力是物体在液体或气体中浸没时，由于所受到的上浮力的作用而向上浮起的力量。
浮力的大小与液体（或气体）的密度以及物体的体积有关。
当物体的密度小于液体（或气体）的密度时，物体将浮在液体（或气体）的表面上；当物体的密度大于液体（或气体）的密度时，物体将沉入液体（或气体）内部。
这一现象也可以通过观察浮在水中的木块或飞机在空中停留引擎熄火后的下降过程来验证。
流体中的浮力是由于流体对物体上表面和下表面施加的压力不平衡而产生的。
上表面所受到的压力大于下表面，从而产生了一个向上的浮力。
根据阿基米德原理，浮力的大小等于物体排除掉的流体的重量，与物体自身的重力相等。
这一原理为解释为什么船只和飞机可以浮在水面和空中提供了重要的理论基础。
总结起来，重力使得流体具有向下沉的趋势，并且对流体具有压力的作用；而浮力则使物体在液体或气体中浸没时向上浮起。
重力和浮力是流体力学中的两个重要概念，对解释流体的行为和性质起到了关键作用。
通过深入研究流体的重力和浮力效应，我们可以更好地理解流体力学的规律，并应用于工程、建筑、气象等领域，为人类的发展和生活提供有力支持。
牛顿流体原理
牛顿流体原理
牛顿流体原理是描述流体静力学性质的基本定律之一。
根据该原理，流体内部的每个微小元素都受到来自周围流体的压力力和重力力的作用。
这两个力的合力是流体微小元素的加速度，即其运动的原因。
根据牛顿流体原理，流体的粘滞阻力是与流体与固体接触的表面面积和速度梯度成正比的。
这意味着在流体的粘滞流动中，速度梯度越大，阻力越大。
这也解释了为什么在密度相同的条件下，流体在狭窄通道中流动会比在宽阔通道中流动时阻力更大。
根据牛顿流体原理，流体的粘滞性取决于流体的黏度。
黏度是描述流体内部分子粘合程度的物理性质。
牛顿流体的黏度是常数，无论受到多大的剪切力，都不会改变。
由于牛顿流体原理的存在，我们可以更好地解释流体的运动行为和流动性质。
这对于许多工程和科学领域都有着重要的应用，例如液体的输送、油漆的涂布、血液的循环等。
总结来说，牛顿流体原理是描述流体静力学性质的基本定律之一，它解释了流体内部微小元素受到压力和重力力的影响，并且流体的粘滞阻力与速度梯度成正比，而黏度是牛顿流体的重要特性之一。
几个有趣的流体力学现象
1.卡门涡街是流体力学中重要的现象,在自然界中常可遇到,在一定条件下的定常来流绕过某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡,经过非线性作用后,形成卡门涡街.如水流过桥墩,风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街.2.船吸现象,当两船并行时,因两船间水的流速加快,压力降低,外舷的流速慢,水压力相对较高,左右舷形成压力差,推动船舶互相靠拢.另外,航行船舶的首尾高压区及船中部的低压区,也会引起并行船舶的靠拢和偏转,这些现象统称为船吸.1912年秋天,“奥林匹克”号正在大海上航行,在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶,两艘船似乎在比赛,彼此靠得较拢,平行着驶向前方.忽然,正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地,一点也不服从舵手的操纵,竟一头向“奥林匹克”号闯去.最后,“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上,撞出个大洞,酿成一件重大海难事故.3.高尔夫球的形状.高尔夫球表面有意制造了许多的凹痕,这与球体绕流（即绕球体的流动）的湍流转捩及分离流现象有关.光滑球体绕流时,湍流转捩发生的晚,与湍流对应的规则流动称为层流.而层流边界层较易发生流动分离现象（即流线离开球的表面）,造成球体背后较大的死水区,产生很大的阻力（形阻）.使高尔夫球飞行的距离很小.而球体表面有凹痕时,凹痕促使湍流转捩发生,湍流边界层不易发生流动分离现象,从而使球体背后的死水区小,减少了阻力.使高尔夫球飞行的距离增大.湍流的摩阻比层流要大,但与形阻相比,起得作用很小,总的阻力还是变小了.高尔夫球表面的小突起,也能起到促使分离的作用,但突起对流动的干扰有些难以控制,造成一些侧向力（也可以叫升力）.4.虹吸是一种流体力学现象,可以不借助泵而抽吸液体.处于较高位置的液体充满一根倒U形的管状结构（称为虹吸管）之后,开口于更低的位置.这种结构下,管子两端的液体压强差能够推动液体越过最高点,向另一端排放.现代日常使用橡胶软管利用虹吸原理吸走鱼缸内粪便,杂物等。
流体的力学性质
1 流体的力学性质
主 要 内
容 掌握：流体概念、连续介质模型、流体
性质、牛顿内摩擦定律、拉普拉 斯公式。
熟悉：拉普拉斯公式的推导过程；毛细
管现象。
了解：牛顿流体；非牛顿流体。
1.1 流体的特征及连续介质模型
1.1.1 流体的特征 根据现代科学的观点，物质可分为五种状态
即：固态、液态、气态、等离子态和凝聚态。液 体和气体没有固定的形状，在切应力作用下将产 生连续不断的变形——流动。通常称液体和气体 为流体。
和法向子应力组是否成同时存，在？连续充满它所占据的空间，彼此间无任何间
隙。——这就是1753年由欧拉首先建立的连续介质 它可分解为与流体表面垂直的法向力和与流体表面相切的切向力。
式中，μ称为动力粘度（简称粘度），单位Pa·s；
模型。 血液 (d).
性质、牛顿内摩擦定律、拉普拉 两块水平放置的平行平板，间距为h，两平板间充以某种液体，假定上板以匀速度U向右平动，下板保持静止不动。
1.1.2 流体质点的概念
在流体中任意取一体积为△V 的微元，其质量为 △m，其平均密度为：
m m / V
△V 应该是使物理量统计平均值与分子随机运动 无关的最小微元△Vl，并将该微元定义为流体质点， 该微元的平均密度定义为流体质点的密度：
lim m
V VVl
1.1.3 流体的连续介质模型
流体微团〔也称为流体质点〕，由足够数量的分
基于流体质点的概念，流体的连续介质的模型有如 任取一体积为V，表面积为A的流动流体作为分离体，则分离体以外的流体通过接触面必定对分离体有作用力。
化率称为体积膨胀系数,即：
内聚力: 液体分子间吸引力
下的根本假设： 这意味着大量的数学方法特别是微分方程可以引用到流体力学中来。
流体力学
P2 v2
7
故经过∆t外力作的总功为:
A A1 A2 P1 S1v1t P2 S2v2t
因为理想流体不可压缩,由连 续方程有:
S2 S 2
S1
v1
S1v1t S2v2t V
所以 2.考虑机械能
S1 A ( P1 P2 )V P1
P2 v2
h1
h2
1、空吸作用:把伯努利方程运用于水平流管的情
况下,则有:
P 1 2 v1 常量 2
即流管细的地方流速大、压强小，空吸作用正 是利用了这个原理。 A 图中是喷雾器的示 意图，喷雾器的水平 管A很细，并通过竖 直管子与盛有液体的 容器相连，液面处受 大气压作用。
B
10
当我们向右推动活塞时，因水平管A处很细而 产生高速气流，所以压强很低。当容器B内液 面的大气压与A 处的压强之差大于竖直管中液 柱的压强时，就会把B内的液体吸入到水平管 内，这就称空吸作用。然后吸入的液体被高速 气流吹成雾状. 2.流量计(汾丘管) 流量计是用来测量管道中的体积流量.它是一 段中间细两头粗的管子,水平安装在待测的管 道中.如图所示
5.1 理想流体的定常流动 一、理想流体
粘滞现象：当流体各部分之间产生相对运动时，就会
产生摩擦力来阻碍这种相对运动,快流层将“带动”慢
流层，慢流层将“阻滞”快流层,这叫流体的内摩擦现 象或粘滞现象。这种相互作用力称为内摩擦力（粘滞 力）. 流体的粘性是流体内部存在分子热运动和分子之 间存在着相互作用力的结果。 理想流体是既不可压缩又没有粘滞性的流体。 理想流体特点：粘滞力为零；流体的总体积不变。
1 2 v ghC 2 v 2 g ( hA hC ) 2 gh2 9.9m / s P0 ghA P0
流体静力学分布规律
流体静力学分布规律
流体静力学是研究液体或气体在静止状态下的力学性质和分布规律的学科。
它根据流体的静力学方程和边界条件，探讨了流体内部压力分布、浮力、表面张力以及流体静力平衡等重要性质。
首先，我们来探讨流体静力学中的压力分布规律。
根据流体力学基本原理，流体的压力在静止状态下是均匀的。
不同位置的压力仅与所在的深度有关，与位置无关。
这意味着在一个恒定的水深下，压力是相等的。
当液体深度增加时，压力也会随之增加，这是因为液体的质量造成的。
其次，我们来讨论流体静力学中的浮力。
根据阿基米德定律，浸没在流体中的物体受到的浮力等于所排开的流体的重量。
浮力的大小与物体的体积成正比，与流体的密度成正比。
浮力的方向与重力方向相反，使得物体处于一个平衡状态。
进一步，我们来研究流体静力学中的表面张力。
表面张力是流体内分子间的相互作用力导致的一种特殊现象。
表面张力使得流体表面呈现出收缩的趋势，这是因为表面上的分子受到的吸引力不均匀而导致的。
表面张力可以解释水珠的形成、水滴在叶片上的滑行等现象。
最后，我们来探讨流体静力平衡的概念。
当流体处于静止状态时，流体内部每个微小体积元都处于平衡状态。
这意味着流体内部的压力力和浮力力相互平衡，不会引起任何运动。
总的来说，流体静力学研究了流体在静止状态下的力学性质和分布规律。
压力分布均匀、浮力与重力平衡、表面张力存在等重要性质都是流体静力学研究的核心内容。
通过对这些规律的研究，我们可以更好地理解流体静力学的基本原理，并将其应用于实际生活和工程领域中。
流体流动现象
2. 湍流分布
r⎞ ⎛ 由实验得到： uz = umax ⎜ 1 − ⎟ R⎠ ⎝
1 n
其中：
n～Re n=6 n=7 n=10
图1-25 湍流时的速度分布
4×104<Re<1.1×105 1.1×105<Re<3.2×106 Re>3.2×106
umax
u'
对于化工过程流体流动，通常取 n=7 即：
⎡ τ ⎤ N m2 N ⋅ s [μ ] = ⎢ ⎥ = m s = m 2 = Pa ⋅ s ⎣ du dy ⎦ m
1 Pa ⋅ s = 10 P = 1000cP
1 P = 100cP
获取方法：属物性之一，
由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。
影响因素： 主要有体系、温度、浓度
T ↑, μ L ↓, μ G ↑
qv = 2πumax ∫
R
0
⎛ r2 ⎞ r ⎜ 1 − 2 ⎟dr ⎜ R ⎟ ⎝ ⎠
1 qv = 2 πR2umax
1 u = umax 2
（2） 湍流流动
r⎞ ⎛ uz = umax ⎜ 1 − ⎟ R⎠ ⎝
1 n
qv = ∫ 2πruz dr
R 0
图1-25 湍流时的速度分布
qv = 2π umax ∫
( )
τr =ε
d ρ ux dy
( )
τ r：涡流应力或涡流动量通量，N/m2。
ε：涡流运动黏度或涡流动量扩散系数，m2/s。 涡流动量通量=涡流动量扩散系数×时均动量浓度梯度 总动量：
τ t = τ + τ r = (ν + ε )
d ρ ux dy
( )
§1-2 流体的主要力学性质
天河学院
建筑工程系
Fluid Mechanics
流体力学
周广
Guang Zhou missyou2500@ 2010.3
流体力学－－ 流体力学－－ Fluid Mechanics
天河学院
建筑工程系
二、流体的主要力学性质 3、流体的压缩性和热膨胀性 （1）流体的膨胀性
实验指出，液体的体积膨胀系数很小，一般可忽略不计。气体的热膨 胀性相对很大，一般不可忽略，当气体压强不变时，温度每升高1K，体 积便增大到273K时体积的1/273。因此，气体的热膨胀系数=1/273（ 1/K）。 流体的体积膨胀系数还取决于压强。对于大多数液体，随压强的增加 稍为减小。水的在高于50℃时也随压强的增加而增大。
Construction Engineering Department ，TianHe College TianHe
天河学院
建筑工程系
二、流体的主要力学性质 2、粘性(viscosity) 、粘性(viscosity)
y U A b
（1）牛顿内摩擦定律——Newton’s 实验 牛顿内摩擦定律——Newton’ ——Newton
流体力学－－ 流体力学－－ Fluid Mechanics
Construction Engineering Department ，TianHe College TianHe
天河学院
建筑工程系
二、流体的主要力学性质 3、流体的压缩性和热膨胀性 （2）流体的压缩性
在一定的温度下，流体的体积随压强升高而缩小的性质称为流体的压缩 性。流体压缩性的大小用体积压缩系数k来表示。它表示当温度保持不变时， 单位压强增量引起流体体积的相对缩小量，即
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一、复习目标1. 在流体中运动2. 认识浮力二. 重点、难点：1. 知道流体的压强与流速的关系2. 了解飞机的升力是怎样产生的3. 通过观察认识浮力的存在4. 学会用弹簧测力计测量浮力的大小三. 知识点分析：鸟儿能在天空中翱翔，依据鸟的原理而设计的滑翔机大家听说过吗？你知道第一个设计滑翔机的人是谁吗？在1891年，德国的奥托•李林达尔模仿仙鹤的翅膀形状，设计和制造了第一架滑翔机，实现了飞行的梦想，鸟翼向上运动，肯定是有一个力作用在它上面了，而这个力呢，由于它有提升物体的作用，所以我们把它叫做“升力”这个升力是怎样产生的呢？让我们来追溯一下历史：早在1738年，伯努利就发现了流体压强与流速的关系，这不仅解开了鸟儿在天空翱翔的奥秘，也成了人类打开空中旅行大门的钥匙。
（一）流体压强与流速的关系1. 流体：液体和气体有很强的流动性，统称为流体。
2. 流体压强与流速的关系：实验探究：作如下几个实验，（1）把一纸条放在嘴边，用力从纸条上方吹气，会看到纸条飘起来。
说明纸条上方的压强比下方小；纸条上方的流速大、压强却小。
（2）在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，硬币就可以跳起来。
（3）在两张纸的中间向下吹气，两张纸将靠在一起。
以上几个实验现象的产生原因，我们可以得到结论：（1）流体在流速大的地方压强小，流速小的地方压强大，这个规律叫伯努利原理。
伯努利原理对流动的气体和液体都适用。
（2）应用：如飞机的升力、鸟的升力、在海洋中，企鹅、海豚、鳐鱼、深水飞机。
（二）飞机的升力原理（1）笨重的飞机能够升空，与机翼的形状有关系。
根据气体压强与流速的关系，为了使飞机受到向上的升力，人们把机翼做成类似飞翔的鸟的翅膀形状；向上凸起。
当气流迎面吹来时，由于相同的时间内机翼上方气流要经过的路程大于机翼下方气流经过的路程，因此下方气流速度小，压强大；上方气流速度大，压强小。
机翼的上下表面受到了不平衡的力的作用，向上的压力大于向下的压力，形成向上的压力差，因此受到的合力是向上的，这就是向上的升力。
（2）再来说一下直升机：发动机产生的动力靠传动系统传给旋翼和尾桨，旋翼是产生升力的部件，旋翼旋转时，将空气往下推（这好比：电风扇叶片将空气往前送、轮船的螺旋桨转动时将水往后推一样），对空气产生一个向下的推力，由于力的作用是相互的，被往下推的空气反过来对旋翼产生一个向上的反作用力——升力，当升力的大小等于直升飞机的重力时，直升飞机就可以匀速向上飞行；当升力的大小超过直升飞机的重力时，直升飞机便可以向上作加速运动。
（三）什么是浮力1. 浮力：一切浸入液体的物体，都受到液体对它竖直向上的力，这个力叫浮力。
注意：（1）方向总是竖直向上的。
（2）一切浸入液体的物体，都受到液体对它竖直向上的浮力，特别注意在液体中上浮、下沉的物体都受到浮力的作用。
2. 浮力的测量：先用弹簧测力计在空气中测出物体重力g，再用弹簧测力计测出物体在液体中示数g’，弹簧测力计二次示数的差就是浸在液体中的物体所受的浮力大小，即（四）浮力的产生原因：（浮力的施力物体是液体）浮力的产生是由于物体上下表面浸入液体深度不同而存在压力差所致。
【典型例题】例1. 在火车站和地铁的站台上，通常有一条白色的直线（安全线），列车进站时，乘务员总是要求乘客们站在划定的安全线之外，为什么？解析：列车进站时，行驶的列车会使附近的空气流动，在划定的安全线内会形成压强差，处在安全线内的人极易导致安全事故。
解答：列车靠站台前，行驶的列车带动周围的空气流动，流动的空气压强变小，与列车附近的空气形成指向列车的压强差，候车的乘客如果站在安全线内，这一压强差就有可能将人推向行驶的列车，导致安全事故。
考点分析：本题考查流体压强与流速的关系——伯努利原理。
例2. 下列物体在运动中，能用伯努利原理解释的是（）（１）氢气球升上天空（２）蜜蜂在空中飞舞（３）老鹰在空中飞翔（４）飞机在空中航行（５）宇宙飞船在太空中航行a. （1）（3）（4）b. （2）（3）（4）解析：题中列举的几个运动的物体中，氢气球形状为球形上下表面的空气流速相同，没有压强差，它的升空与伯努利原理无关；蜜蜂在空中飞舞，它的翅膀上下移动的过程中，用力拍打空气，根据力的相互作用性，空气向上推翅膀，它的飞舞也与伯努利原理无关；宇宙飞船在太空中运动，没有流体物质的存在，所以飞船在太空中根本不存在流体压强，飞机两翼与鹰的翅膀有相同类型的仿生结构，它们在空中运动时会使空气的流速不同而受到流体的压强不同，可用伯努利原理解释。
考点分析：本题考查伯努利原理，是重点内容。
例3. 飓风吹过房屋时往往将屋顶掀开而毁坏房屋，这是为什么？解析：飓风吹过房屋将屋顶掀开，从力的效果分析屋顶上瓦片一定受到了向上的力的作用，这种力的作用来自于房屋内外流体的压强差。
解答：风是空气流动形成的，刮大风时，关闭的房屋屋顶内外空气压强不同，房内空气对房顶下表面的压强是静止的大气压强，大风沿房顶的高速气流绕过屋顶时，流体形成的压强小于房内大气压强，结果在房屋的屋顶内外形成压强差，方向自内向外，对房顶产生向上的掀力将房顶或房顶上的瓦片掀开，毁坏房屋。
例4. 某海滨浴场，水底布满石子，在海水中游泳的人，由深水处不断趋向浅水的过程中脚会觉得越来越痛，这是因为（）a. 人的重力越来越大b. 水底的支持力越来越大d. 人所受的重力、浮力、支持力的合力越来越大正确答案：选b解答浮力问题时，对物体进行受力分析，有助于弄清处在液体中的物体所受重力、浮力和第三个力之间的平衡关系，从平衡关系中可以找到对应的数量关系和量与量之间变化关系。
考点分析：本题考查对浮力的认识。
例5. 金鱼缸中，从鱼口中吐出的气泡，在水中上升的过程中气泡所受的浮力将（）a. 保持不变b. 逐渐增大解析：从图片中观察，气泡在上升的过程中，所处的位置逐渐变浅，气泡受到水的压强越来越小，因此，气泡的体积会不断变大。
根据浮力的相关因素（物体排开液体的体积和液体的密度）可以断定，气泡排开水的体积变大，浮力将随之逐渐增大。
正确答案：选b题中气泡在液体中排开液体体积的变化，是从图中获取的相关信息，如何从图中众多的信息中读取有用的信息，需要结合题意多比较，多分析，才能有正确的认识。
例6. 以下说法中错误的是（）a. 在海滨游泳的人受到海水对他的浮力b. 在空中漂浮的氢气球受到空气对它的浮力d. 在水中升起的木块受到浮力解析：只要物体浸在液体或气体里，都会受到向上的浮力。
水中下落的石块，也会受到水向上的浮力。
它之所以下沉是因为重力大于浮力，所以ｃ选项错。
例7. 运动型轿车和跑车的尾部设计安装了一种“气流偏导器”（扰流板），它的上表面平直，底部呈弧形凸起，相当于一个倒置的翅膀，这主要是让车在高速行驶时，车轮能较好的抓住地面，试解释其中的奥秘。
解析：跑车高速行驶的过程中，要使车轮较好的抓住地面，需要增大车轮与地面的摩擦力。
如果增大跑车行驶过程中对地面的压力，就可以增大摩擦力，便有利于行车的安全。
解答：由于气流偏导器上表面平直，下表面弧形凸起，所以当跑车高速行驶时，流过偏导器上方空气的速度缓慢，压强较大，而流过下方的空气流动较快，压强较小，这样，偏导器上下方压强产生的压力差形成一个向下的力，从而增加跑车在高速行驶的过程中对地面的压力，起到增加摩擦力的作用，达到提高车轮的着地性能的目的。
【模拟试题】（答题时间：30分钟）一. 填空题：1. 浸没在液体中的物体会受到浮力，是由于物体上、下表面在液体中的不同，因此液体对物体上、下表面产生的不同，使上、下表面所受不等，的差就是浮力，且浮力的方向总是的。
2. 弹簧秤下挂一个体积为200厘米3的金属球（金属的密度是8×103千克/米3），弹簧秤的示数为。
将球的一半浸入水中，球受到浮力牛，此时，弹簧秤的示数为牛。
若将球放入水银中，当球静止时所受浮力为牛。
3. 有一个实心物体，为了测量构成它的物质的密度，将它挂在弹簧秤下，弹簧秤的示数为19.6牛，将它没入水中称，弹簧秤的示数为14.7牛，此物体的体积是米3，质量是千克，由此可知其密度是。
4. 深水飞机不断在海洋中前进的过程中能实现下潜，深水飞机的两翼的结构特点为，在两翼上端的流体压强比下端的流体的压强。
（填“大”或“小”）5. 弹簧秤下挂着铁块，将铁块慢慢浸入水中，发现在铁块由接触水面至浸没过程中，弹簧秤的示数逐渐变小，由此可得铁块所受的浮力逐渐。
说明了浸在液体中的物体所受的浮力与排开的液体的有关。
二. 选择题：（有几个答案就选几个）1. 密度为0.6克/厘米3的实心木块分别投入水中和酒精中，则木块在水中所处的状态为（），在酒精中所处的状态为（），木块在水中浸入的体积比它在酒精中浸入的体积（）2. 在同一个河流中，河道有宽有窄，下列认识中正确的是（）a. 河道窄的地方河水流速慢，压强小。
b. 河道窄的地方河水流速快，压强大。
d. 河道窄的地方河水流速慢，压强大。
3. 浸没在水中的乒乓球，放手后从运动到静止的过程中，其浮力大小变化情况（）a. 浮力不断变大，但小于重力b. 浮力不变，但浮力大于重力d. 浮力先大于重力后小于重力三. 简答题：1. 草原犬鼠是大草原常见的小动物，它挖的洞有两个洞口，一些洞口比较平整，一些洞口由圆锥形土堆围成，这样的结构能改进洞内的通风情况。
为什么？【试题答案】一. 填空题1. 深度；压强；压力；上下表面压力；竖直向上。
2. 15.68n；0.98；14.7；15.68。
3. 0.5×10－3；2；4×103千克/米3。
4. 上凹下凸大5 变大体积二. 选择题三. 简答题当风从地面吹过时，有土堆的洞口上空气流速大，压强小，平洞口上空气流速小，压强大，于是在两洞口形成压强差，空气就由平洞口进入洞内，从有土堆的洞口流出，在洞内形成风，这样就改善了洞内的通风情况。