4液体的流动规律与表面现象
表面张力
2、 表面能
从功能关系来考察表面张力系数与液 体表面能的关系。见图5-6。
12
外力所作的功为
E A S S
（J· m-2）
即增加单位液面所增加的势能。 由上式可知， α 在数值上等于增加单位液 面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小 等于增加单位液面时所增加的表面自由能。 那么液体表面能的减小可以通过下面任 一种自动过程来实现：
2
一、 表面张力和表面能
1、 表面张力
液体具有收缩其表面，使表面积 达到最小的趋势。这说明液体表面存 在着张力，这种张力称为表面张力。 表面张力产生的原因，可以用分 子间相互作用的分子力来加以解释。
3
分子间的平衡距离r0的数量级约 为10-10m。 当两个分子间的距离 r = r0 时，分 子间的作用力为零。
当两分子间的距离大于r0而在10-10～ 10-9m时，分子间的作用力表现为引力; 而当分子间的距离大于 10-9m时， 引力很快趋于零。
4
如果以10-9m为半径作一球面， 显然则只有在这个球面内的分子才 对位于球心上的分子有作用力。
分子作用球 ——分子引力作用范围是 半径为 10-9m 的球形，球的半径称为 分子作用半径。
3、肺泡的表面张力
表面活性物质在呼吸过程中起着重要 的作用： 1、稳定肺泡；2、减少呼吸功。
36
37
人的肺泡总数约为3亿个，各个肺泡的 大小不一，而且有些肺泡是相连的。 在充满空气的肺中，既有肺组织的弹 性力，又有衬在肺泡表面液层组成的 气、液界面上的表面张力。 而对于肺充气来说，大部分压力是来 克服表面张力的。 肺泡的表面液层中分布着有一定量的、 由饱和卵磷脂和脂蛋白组成的表面活性 物质，起降低表面张力系数的作用。
液体表面现象
15
§5.2 表面吸附和表面活性物质
•表面吸附和表面活性物质
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2019/4/11
16
1、表面吸附原理： Ⅰ Ⅱ
f1 f2 f12
液滴Ⅰ浮在另一种液体Ⅱ的表面上 第Ⅰ种液体的表面张力系数 1 ；
设： 第Ⅱ种液体的表面张力系数 2 ；
两种液体相接触的表面上表面张力系数 12 。
f
f
P
由于液面的附加压强的存在，且总是指向弯曲液面凹面， 所以一般有： 即： P P 凹 P 凸P s 凹 P 凸
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2019/4/11 22
3、球形液面的附加压强（内外压强差）： 设有一弯曲液面呈球面， 在球面上截取一小部分S，球 的半径为R，液面的表面张力 系数为 ，则： 当液面平衡时，液体内 部必定会产生一与附加压强 相平衡的压强P，设单位长 度分界线上的张力为T.即：
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2019/4/11 12
解:一个大的油滴在等温地散布成大量的小油滴时， 能量仅消耗在形成增加的表面积上，即作功全部转 化为小油滴的表面能，易知作功为:
A S
式中是增加的表面积。设n是个小油滴的数目，R是 大油滴的半径，则
S 4 (nr R )
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2019/4/11
10
3）表面张力系数与表面能的关系： 若 F 将金属丝向右拖动 Δx 的距离： 液面面积增加：
A B B
S 2 L x
作功：
L
D
2L
Δx
F
C C
W F x
02-液体的表面现象解析
2
M1g 1Vg N1d1 N1d1
M 2g 2 Vg N 2d 2 N 2d 2
两者相除得：
2 2Vg N 2d 2 1 1Vg N1d1
由于
1 2
2 1
d1 d 2
N1 N2
所以
得
2
N1 1 N2
水和油边界的表面张力系数 18103 N / m
其中Ps是由表面张力引起的附加压强，这表明 弯曲液面都对液体施加附加压强，其附加压强 总是指向弯曲液面的曲率中心．
１拉普拉斯公式
如图所示：一半径为Ｒ，表面张 力系数为 的球形液滴，由于是 凸液面，所以附加压强
ps pi p0
Pi和p0分别是液滴表面层内外的压强，ps为附加压强 该液面在外力作用下表面积增加ds，外力做功为
不同的液体对不同固体润湿与不润湿的程度不 同，为表明液体对固体的润湿程度，引入接触 角这个物理量． 定义：在液体与固体接触处，作液体表面和固 体表面的切线，这两条线间通过液体内部的夹 角，称为接触角
a c b d
应用：农业上制备农药时，要注意使农药润湿农作物
二
毛细现象
１毛细现象；将几根内径不同的细玻璃管插 入水中，可以看到细管中的水面会上升；相 反，如果将细玻璃管插入水银中，管内水银 面会降低，这种液体在细管中上升或下降的 现象，称为毛细现象
三
表面张力系数
１．表面张力系数两种 不同的定义： （１） 定义一；均匀液面的张力处处相等， 直线ＡＢ上任一处力的分布均相同．作用在分 界线两侧的表面张力，其大小与分界线长度Ｌ 成正比，即：
f L
或
f L
式中
＿表面张力系数，它表示作用于液体表 面单位长度线段上的表面张力．(N/m)
液体的表面现象
• （二）速度不共线时 • 应将vo和vs 在连线上的分量带入。 • 靠近时取正,离开时取负。
o cos s cos
（三）医学应用
多普勒血流仪
多普勒流量计示意图
（四）红移现象
• 光是电磁波，当光源远离观察者时，接受 到的光波频率比其固有频率低，即向红端 偏移，这种现象“红移”。 • “紫移” • 哈勃发现：来自外星系的光谱呈现某种系 统性的红移，表明星系正在远离我们而去-----宇宙膨胀
二、超声的作用
1、机械作用 2、空化作用 3、热作用
4、可用于细胞和亚细胞水平的研究。 5、可以分裂各种多糖、单糖和核酸等。 6、化学作用和生物作用。
电子猫（电猫）：能象猫那样眨 眼和发威，并发出特殊的超声脉 冲，刺激老鼠、蟑螂的神经，使 其无法忍受而逃离。
三、超声波的产生与探测
1、发生器的组成：高频脉冲发 生器和压电式换能器。 2、压电效应：
5、彩色多普勒血流成像仪(彩超) 二维血流成像技术。 用一高速相控制扫描探头进行平面扫 查，实现解剖结构与血流状态两种显像。 用于诊断心脏病。
表面张力系数均匀 肺泡合并，表面积减少
3、表面张力对呼吸的影响 （1）表面张力是肺泡收缩、排出气体的
主要动力。 太大: 肺泡萎缩，类似气胸。 太小: 呼气困难，类似肺气肿。 均匀
（2）表面活性物
质对附加压强的
调节作用是肺泡 正常行使功能的
保证。
三、毛细现象(Capillarity)
1、概念：将毛细管插入液体中，液面在 毛细管中升高或降低的现象。
（五）运动目标监控
• NMD
二、冲击波(Shock wave)
• 波源运动速度大于波的传播速度。 • Sinα=1/M M称为马赫数 • 锥面是受扰动的介质和没有受扰动的分界 面。 • 声暴 • 声波不是冲击波 • 切科连夫辐射
化工原理液体流动ppt课件
.
26
a) 普通 U 型管压差计 b) 倒 U 型管压差计 c) 倾斜 U 型管压差计 d) 微差压差计
p1 p2
0
p1
a
b
R
Ra b
a
0
(a)
p1 p2 (b)
0
(c)
p1 p2
p2
02
b R1
a
b
01
(d)
常见液柱压差计
.
27
（ａ）普通 U 型管压差计
U 型管内位于同一水平面上的 a、b 两点在相连通 的同一静止流体内，两点处静压强相等*
化工中的介质大部分为流体（便于连续生产过程工业）; 流动对传热、传质及化学反应的影 响;
.
4
煤气洗涤装置示意图
流体动力学问题：流体（水 和煤气）在泵（或鼓风机）、流 量计以及管道中流动等；
流体静力学问题：压差计中
流体、水封箱中的水 确定流体输
送管路的直径，计算流动过程产
生的阻力和输送流体所需的动力。
方程式推导
（1）向上作用于薄层下底的总压力，PA （2）向下作用于薄层上底的总压力，（P+dp）A （3）向下作用的重力， gAdz
由于流体处于静止，其
垂直方向所受到的各力代数
和应等于零，简化可得：
dp
gdz
.
z
o
流体静力学基本方程推导
20
流体静力学基本方程式推 导:
在右图中的两个垂直位置2 和 1 之间对上式作定积分
化工原理
Principles of Chemical Engineering
朱德春 合肥学院化学与材料工程系
.
1
大学物理 流体力学
层流与湍流
层流： 流体运动规则，各层流动互不掺混，质 点运动轨线是光滑，而且流场稳定。
湍流： 流体运动极不规则，各部分激烈掺混， 质点运动轨线杂乱无章，而且流场极不 稳定。
21
牛顿内摩擦定律 流体流动时，各层流体的流速不同。快层必然带 动慢层，慢层必然阻滞快层。层与层之间的相对 滑动，产生内摩擦力。 z
高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。
起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力 小，因此当时用皮革制球。
最早的高尔夫球（皮革已龟裂）
后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。 这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。
光滑的球
表面有凹坑的球
§2-4.液体的表面现象
在液体与气体的分界面处厚度等于分子有效作用 半径的那层液体称为液体的表面。
流体质量元
• §2-1. 理想流体 • §2-2. 伯努利方程 • §2-3. 伯肃叶公式和斯托克斯 公式 • §2-4. 液体的表面现象
3
§2-1. 理想流体 一 流体
液体和气体统称为流体，最鲜明的特征是 形状不定，具有流动性。 液体： 不易压缩
dS
dF
气体： 易压缩
二 压强
dS dF
简单易记的话： 流速大，压强小；流速小，压强大。
12
13
2. 出口的流速 水面压强为p2，水槽横截面积 为A2，液面处水的流速为v2。 水槽底部与一水管相连。 水管横截面积为A1，阀门与 水槽水面相距h。 开启阀门时水的流速等于多 少呢？ 由于 A2 A1 开启阀门时,水塔水面下降缓慢,
所以，根据伯努利方程，有
f kv
k取决于粘滞系数和物体几何形状
对于半径为r的小球，如图
4.液体的表面张力
二、液体的表面张力
• 动手小实验：比赛放回形针
二、液体的表面张力
虎林市高级中学
体争 验分 物夺 理秒 学， 的努 乐力 趣实 。践
，
二、液体的表面张力
• 1.液体的表面层
汽 表面层 液体
2.液体的表面张力
液面各部分间的相互吸引 力就叫做表面张力
的请 练大 习家 题完
成
学
案
上
浸润液体在细管中下降的现象。 • 2.浸润和不浸润：
• 3.毛细现象的应用与危害
四、液晶
• 1.定义：
• 2.特点： • 3.用途：
五、课堂小结
液体
液体的微观 结构
液体的表面 张力
浸润和 不浸润
毛细现象
难压缩
定义
定义
定义
流动性
方向及效果
微观解释
微观解释
非晶体
产生原因
六、学以致用
虎林市高级中学
普通高中课程标准实验教科书 选修3-3
3.4 液体的表面张力
虎林市高级中学
贾国才
仔细观察图片ຫໍສະໝຸດ 仔细观察图片一、液体的微观结构
• 1.液体的性质 • 2.液体的微观结构：液体的分子间距离大约为r0，相互
作用较强，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近 做微小的振动，这一点跟固体分子的运动情况类似。但液 体分子没有固定的平衡位置，它们在某一平衡位置附近振 动一小段时间后，又转到另一个平衡位置去振动。这就是 液体具有流动性的原因。这一个特点明显区别于固体。
N
在液体表面设想一 条任意直线，把液 面分成两个部分
①
液体的表面张力资料ppt课件
7
2019
-
2.液体表面层分子的分布特点 (1)液体内部分子的分布特点:液体内部的任何一个分子都会 受到邻近分子的引力和斥力,分子斥力作用的距离极小,分
子引力的作用距离相对较大,每个分子与最邻近的分子引
力和斥力相抵消,而较远处分子对这个分子的作用表现为 大小不等的引力,可以认为分子受到周围间隔数个分子的 吸引力,在液体内部的分子被其它分子包围,在各个方向上 受到邻近分子的引力是相等的,引力的合力为零.
B.分子的分布比液体内部密,分子间的作用力表现为斥力
3
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-
2.表面张力及其微观解释 一个薄层 (1)液体的表面层:液体与气体接触的表面存在的__________.
吸引 的力. (2)表面张力:液体表面层各部分间相互______
稀疏 即表面层分子 (3)产生原因:表面层分子的分布比内部______, 大 间距离比液体内部分子间的距离__________.
6
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-
c.液体的流动性:液体分子间距离小,分子密集在一起,液体分 子主要表现为在平衡位置附近做微小振动,但是,液体分子 没有长期固定的平衡位置,液体分子可以在液体内移动,不 能形成特定的形状,这是液体具有流动性的原因. d.液体的扩散特点:液体中的扩散现象是由液体分子的运动产 生的.液体分子的移动比固体分子的移动要容易的多,所以 液体扩散比固体的扩散要快.
第三章 液体 第一节 液体的表面张力
1
2019
-
1.液体表面的收缩趋势 (1)液体的表面现象 小昆虫能在水面上跑来跑去,或停在水面上而不陷入水中;轻 浮 在水面上.仔细 放在水面上的钢针或硬币也能__________ 观察后发现,钢针或硬币被水面托住时,与它们接触的液面 橡皮膜 稍有弯曲,像压在张紧的______________上一样,这时液 支持力 面给了钢针或小物体向上的______________ 作用. 自由下落过程中的小液滴,或植物叶面上的小露珠也都呈现
第三章 第4节 液体的表面张力
第4节液体的表面张力一、液体的微观结构1．分子距离：液体不易被压缩，表明液体分子之间的距离很小。
2．液体具有流动性：液体不像固体那样具有一定的形状，而且液体能够流动。
3．分子力：液体分子间的作用力比固体分子间的作用力要小。
二、液体的表面张力1．概念：液体的表面就像紧绷着的橡皮膜，它有着一种收缩的趋势。
液体表面存在的这种收缩力叫做表面张力。
2．特点：使液体的表面积趋向最小。
3．成因：在液体的表面层分子间距较大，分子间表现为引力。
[特别提醒]液体的宏观特性及现象都是由分子的微观结构决定的，因此，在解决有关液体问题时，要从分子的微观结构特点着手分析。
1．判断：(1)荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面扩张的结果。
()(2)液体表面张力形成的原因是液体表面层的分子分布比内部密集。
()(3)表面层中分子力表现为引力。
()答案：(1)×(2)×(3)√2．思考：分析小液珠均为球型的原因。
提示：液体的表面张力有使液体表面积收缩到最小的趋势，而在体积相同的情况下，球的表面积最小，故均为球形。
1.规则的排列，这种区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，有时瓦解，有时又重新形成。
液体由大量的这种暂时形成的小区域构成，这种小区域杂乱无章地分布着，因而液体表现出各向同性。
2．液体具有一定的体积：液体分子的排列更接近于固体，液体中的分子密集在一起，相互作用力大，主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，所以液体具有一定的体积，不容易被压缩。
3．液体分子间的距离小，相互作用力很大，液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在平衡位置附近做微小的振动。
但液体分子没有长期固定的平衡位置，在一个平衡位置附近振动一小段时间以后，又转移到另一个平衡位置附近去振动，即液体分子可以在液体中移动，没有一定的形状，这就是液体具有流动性的原因。
液体中的扩散现象是由液体分子运动产生的。
分子在液体里的移动比在固体中容易得多，所以液体的扩散要比固体的扩散快。
液体的性质
由圆对称性，在圆周界上 的其他线元上，作用着同 样大小的表面张力，这些 力的水平分力相互抵消， 垂直分力方向相同，合力 为：
2 r 0
//
j
dl
r c
df
df
R
j
o
f df sin jdl sin j 2r r 2r 由于 sin j , 则f R R
f附
A
f内
(1)当 f附 > f内,A 分子所受合力 f 垂 直于附着层指向固体，液体内部分子 势能大于附着层中分子势能，液体内 的分子尽量挤进附着层，使附着层扩 展，宏观上表现为液体润湿固体。
(2)当 f附 < f内,A 分子所受合力 f 垂 直于附着层指向液体内部，液体内部 分子势能小于附着层中分子势能，附 着层中分子尽量挤进液体内部，使附 着层收缩，宏观上表现为液体不润湿 固体。
s
p
p
s
s
第三节 润湿和不润湿 毛细现象
一、润湿与不润湿
1. 定义
润湿: 液体沿固体表面 延展的现象，称液体润 湿固体。 不润湿：液体在固体表 面上收缩的现象，称液 体不润湿固体。
润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。
2. 接触角
在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液 体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部 的夹角称接触角 ，用θ 表示。 ⑴ , 液体润湿固体； 2 0， 液体完全润湿固体。 ⑵
P P P P + P
当毛细管中有很多气泡， 则外加几个大气压都不能使 液柱移动，形成栓塞, 称气 体栓塞现象。 举例: 病人输液；潜水员由深 水上浮；植物高温下枯萎。
4、第四章 液体的流动规律与表面现象
心悸气短：高血压会导致心肌肥厚、心脏扩大、心肌梗死、心功能不
失眠：多为入睡困难、早醒、睡眠不踏实、易做噩梦、易惊醒。这与大 肢体麻木：常见手指、脚趾麻木或皮肤如蚁行感，手指不灵活。身体
脑皮质功能紊乱及自主神经功能失调有关。
其他部位也可能出现麻木，还可能感觉异常，甚至半身不遂。
特点：湍流区别于层流的特性之一是它能发出声音，医生 利用听诊器可以辨别血流是否正常，从而判别心脏疾病。
动脉粥样硬化病变好发于动脉分支、弯曲部位，因为 血液在这些部位容易发生湍流。
二、泊肃叶公式
黏滞液体在管中层流时，流量与管两 端的压强差、管半径的四次方成正比，与 管长、液体的黏度成反比。这个规律是法 国医生泊肃叶通过实验得出的，所以称为 泊肃叶公式，也叫泊肃叶定律。 泊肃叶公式
三、 流量 单位时间内通过某一横截面的液体的体积。
Q sv
四、连续性原理 • 条件：稳定流动,不可压缩。
s1 v1 s2 v2
对于不可压缩的液体来说，在同一管中稳定流动时，任 意一处横截面积和该处液体流速的乘积是一个恒量。这一 结论叫作液体的连续性原理。
v 1 / v 2 s2 /s 1
2、湍流
黏滞性液体在流速不大时，是分层流动的，各层 相对滑动而不相混合。当液体的流速超过一定程度时， 分层流动的状态将被破坏，形成紊乱的流动状态，甚 至形成涡流，并发出声音，这种流动称为湍流，又称 乱流、扰流、紊流。
水中的层流
水中的湍流
香烟烟雾(从层流变到湍流)
湍流的发生还与管道光滑程度、形状、弯曲程度 等有关：转弯、分支处易发生湍流。
第三节 血液的流动
学习目标： 1、理解血液的流速、血压在各段血管中的分布。 2、掌握水银血压计的构造、测压原理和使用方法。
流体力学中的液体流动
流体力学中的液体流动流体力学是一门研究流体在运动状态下的力学规律和物理现象的学科，其中液体流动作为其重要组成部分，具有广泛的应用价值。
液体流动不仅存在于日常生活中的各个方面，如饮用水、下雨水流道、水厂输水管网、汽车引擎、飞机翼面等，也在各个工业生产中得到广泛应用，如石油、化工、能源等行业。
液体流动学理论的研究主要是分为宏观和微观两个方面。
在宏观上，研究对象为整块液体，具有可观测的宏观状态;微观液体流动则研究微观流体颗粒的运动和相互作用。
本篇文章主要关注宏观液体流动，主要讲述流体的流动运动学、流体力学原理、以及宏观流体的流动分析等内容。
一、流体的流动运动学流体流动的运动学主要包含三个基本参数：流量、速度和横截面积。
在研究液体流动力学时，首先需要确定液体的速度。
液体速度大小和方向可通过流体的流量来确定，流量是液体通过单位时间内一个固定截面的体积，单位通常为立方米/秒(m3/s)。
在流体运动过程中，速度是变化的，因此需要引入速度概念来研究流动速度的分布情况。
液体的速度与流体流量和横截面积之间具有明确的关系。
例如，若固定液体流量不变，当横截面积变窄时，液体的速度将增加。
反之，当横截面积增大时，液体的速度将减小。
液体的速度分为平均速度和瞬时速度两种。
平均速度是指一段时间内液体的速度平均值。
在液体流动过程中，液体的速度是不同的，瞬时速度是指液体在一个瞬间的速度。
当液体在任意一个点的速度发生改变时，液体就会发生加速和减速。
二、流体的流体力学原理流体力学的基本原理有三条：连续性方程、动量守恒定律和能量守恒定律。
连续性方程指出了在液体管道流动中，液体的速度、管道横截面积和液体流量之间的关系。
连续性方程的数学表达式为：A1V1=A2V2 （注：其中A1和A2是液体管道在流动前后的横截面积，V1和V2是液体的速度）。
动量守恒定律则研究液体在运动过程中的动量变化情况。
液体在运动过程中，可能会发生加速、减速等变化情况，这些变化与运动的物体的大小、速度和方向等因素息息相关。
《液体》 知识清单
《液体》知识清单一、液体的定义和基本特征液体是一种物质存在的状态，它具有一定的体积，但没有固定的形状，能够流动并且适应容器的形状。
与固体相比，液体分子间的距离较大，分子的运动更加自由，但仍存在一定的相互吸引力。
液体的基本特征包括：1、流动性：液体能够在重力或其他外力的作用下轻松地流动，这使得液体可以填充各种形状的容器。
2、不可压缩性：在通常情况下，液体的体积几乎不随压力的变化而改变。
3、表面张力：液体表面存在一种使液面收缩的力，导致液体表面呈现出尽量减小表面积的趋势，例如水珠在荷叶上形成球形。
二、液体的分类液体可以根据不同的标准进行分类。
1、按照物质的性质（1）无机液体：如水、硫酸、盐酸等。
（2）有机液体：如乙醇、汽油、植物油等。
2、按照挥发性（1）挥发性液体：如酒精、汽油等，容易在常温下挥发变成气体。
（2）非挥发性液体：如甘油、硅油等，在常温下挥发速度很慢。
3、按照溶解性（1）水溶性液体：能与水以任意比例混合溶解，如乙醇、氯化钠溶液等。
（2）油溶性液体：不溶于水但能溶于有机溶剂，如油脂、石油等。
三、液体的物理性质1、密度液体的密度是指单位体积液体的质量。
不同液体的密度不同，这是区分不同液体的重要参数之一。
例如，水的密度约为 1000 千克/立方米，而油的密度通常小于水。
2、粘度粘度表示液体流动的难易程度。
粘度大的液体流动缓慢，如蜂蜜；粘度小的液体流动容易，如水。
温度对液体的粘度有显著影响，一般来说，温度升高，液体粘度降低。
3、沸点和凝固点沸点是液体沸腾转化为气体时的温度，凝固点是液体凝固变成固体时的温度。
不同液体的沸点和凝固点差异很大，例如水的沸点是 100℃，凝固点是 0℃；而汞的沸点约为 357℃，凝固点约为－39℃。
4、表面张力如前所述，表面张力使得液体表面尽量缩小。
它与液体的分子间作用力有关，表面张力在一些现象中起着重要作用，如毛细现象。
四、液体的压力液体内部的压力随着深度的增加而增大。
自然科学知识：液滴和气体的运动和流动
自然科学知识：液滴和气体的运动和流动自然界中液滴和气体的运动和流动是非常常见和重要的现象。
它们在我们日常生活中的许多方面发挥着重要的作用，从水龙头的流水到汽车引擎内的燃烧过程，都与液滴和气体的流动和运动有关。
在本文中，我们将探究液滴和气体的运动和流动，并了解它们的一些基本原理以及实际应用。
液滴的运动和流动液滴是一种微小的液体球体，它们可以在液体表面上形成，或从喷射装置中喷射出来。
液滴的运动和流动具有许多有趣和重要的特性。
其中一些特性是：1.液滴的形态和大小会影响它们的运动和流动。
形状较为球形的液滴通常更加稳定，而且会有较小的表面积和较小的阻力。
因此，它们可以比较容易地在空气中运动和流动。
2.液滴在空气中运动和流动时，在受到重力和表面张力的作用下，经常会呈现出一些非常奇特和有趣的运动模式。
例如，当大量的液滴同时落在水面上时，它们会相互接触和融合，形成一个大的液滴，这种现象被称为“凝聚”。
3.液滴在微型管道和毛细管中的运动和流动也是一个重要的研究领域。
在这些狭窄的管道中，液滴的表面张力会与管道壁之间的摩擦力相互作用，从而影响液滴的运动速度和方向。
这种现象在微型流体学中有广泛的应用。
4.液滴的运动和流动可以用一些经典的流体力学方程式来描述。
例如，斯托克斯方程式可以用来描述液滴在稳定状态下的运动速度和阻力。
该方程式还可以应用于设计液压和空气动力学装置。
气体的运动和流动在自然界中，气体的运动和流动是一种非常普遍的现象。
例如，风，火焰，汽车排气和鼓风机的运动都是气体的流动。
气体的运动和流动具有许多独特而复杂的特性。
其中最重要的特性是：1.气体的速度和密度会对它的流动产生一个很大的影响。
气体在高速流动时，会产生一种叫做“湍流”的不规则流动状态，这会导致气体的阻力增加和能耗增加。
2.气体的流动也可以被描述为压力和速度的变化。
例如，飞机机翼上的高气压区域和低气压区域可以通过速度和压力的变化来实现升力和推力的控制。
液体的表面现象
2.5 10 N / m
2
4、表面张力系数——增加单位面积时所增加的表面能
由于液面有自动收缩的趋势，所以增大液体表面
积时需要克服表面张力做功，进而增加了液体的表 面能。 如图所示
A
L
x
沿着表面层切线方向分子引力的集体表现
形成宏观的表面张力。
注意：
（1）表面张力只存在于液体极薄的表面层内。 （2）表面张力不是由弹性形变引起的，而是由于 表面层内液体分子受力特殊性引起的。 （3）表面张力是由表面层中分子受力引起的，但并 非就是分子引力的合力。
三、表面张力的方向和大小
1、方向 液体表面有自动收缩的趋势，使液面的周界 上受到一个张力，此力垂直于周界，与该处液面 相切，而指向液面收缩的方向。 2、大小 可以想象在液体表面内任一截线两边，相邻两
R 4 PC PB PS PA R PB PA PS PA
2 2、部分球面的附加压强 —— Ps R
R表示液面在讨论点处的曲率半径。
例2：已知在图示的内半径 r=0.3mm的细玻璃
管中注入水，一部分水在管的下端形成
凸液面，其半径R=3mm，管中凹液面的 曲率半径与管的内半径相同。 (水的表面张力系数 73 10 3 N / m )
因此：液体分子斥力作用的球对称性不容易被
破坏，故在下面的分析中主要考虑引力作用。
2、表面张力的产生
A
B
如图所示，表面层以下任一
f
分子A受其它分子的作用力具 有球对称性，相互抵消。
表面层中任一分子B，其分子作用球有一部分 漏在液面外。显然，表面层中的分子受力的球对称 性被破坏，每个分子都要受到与液面垂直并指向液 体内部的合力 f 作用。
为什么液态会有流动性？
为什么液态会有流动性？液态是物质存在的一种状态，其具有流动性是其最为显著的特征之一。
然而，为什么液态会有流动性，很多人可能并没有深入思考。
本文将从分子的运动、相互作用以及物理性质等角度，解释液态流动性的原因。
一、分子之间的运动液体的分子会不断运动，这种运动被称为分子热运动。
分子热运动的主要形式包括平移运动、转动运动和振动运动。
其中，平移运动是指液体分子整体的移动，转动运动是指分子自身的旋转运动，振动运动是指分子内原子之间的振动。
这三种运动形式共同作用，使得液体的分子具备了流动的能力。
1. 平移运动：液体分子通过平移到相邻的位置，产生流动现象。
在液体中，分子之间的吸引力较小，分子之间的距离也比固体大，因此液体分子的平移运动比较自由。
2. 转动运动：液体分子的转动运动也对液体的流动性起到了一定影响。
分子的转动会导致周围分子的位置发生变化，从而影响液体的整体流动。
3. 振动运动：分子内部的振动运动使得分子间的距离发生变化，进而影响液体分子的运动。
振动运动的存在使得分子间的相对位置不断变换，增加了液体的流动性。
二、分子间的相互作用液体分子间的相互作用是液体流动性的重要因素之一。
分子间的作用力可以通过范德华力、氢键等多种方式实现。
这些作用力在液体中形成了密集网络，一方面提供了液体的稳定结构，另一方面也允许分子在一定程度上移动。
1. 范德华力：范德华力是一种分子间的吸引力，它是由于分子中电子的运动引起的。
液体中的范德华力作用较小，使得液体分子可以在表面之间相互滑动。
2. 氢键：氢键是一种较强的分子间作用力，它是由于氢原子与电负性较大的原子（如氮、氧等）之间的相互作用引起的。
液体中的氢键作用虽然较弱，但仍然起到了一定的连结作用，在液体分子的流动中起到了重要的角色。
三、物理性质的影响液体的流动性还受到一系列物理性质的影响，包括温度、粘度和表面张力等。
1. 温度：温度是影响液体流动性的重要因素之一。
随着温度的升高，液体分子的平均动能增加，分子的热运动也变得更加剧烈，从而增加了液体的流动性。
医用物理学07液体的表面现象
凹侧
凹侧
凸侧
P 凹 P 凸
2 P 凹P 凸 R
2 P R
弯曲液面的附加压强
2. 球形液膜的附加压强：
2 对外表面： PB PA R1
对内表面： PC PB 2
R2
肥皂泡 R1 R2
2 2 PC PA R1 R 2
PC PA
4 R
(R1=R2=R)
R
T
(2R) sin
2
T sin
P 表示液块内外压强差，小液块所受的向上压力为：
2 P （R sin） 2 2 2 (2 R )sin = P R sin 小液块受力平衡：
表面张力产生的附加压强:
2 P R
弯曲液面的附加压强
凸侧
2、气体栓塞 (gas embolism)
*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体 的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现 象叫气体栓塞。
静止液体
气泡
静止液体
P附左
=
P附右
*气泡产生阻力：
P + P
液体
气泡 阻力压强 =P附右-P附左
P
（P:外加压强差）
*当P 时，液体无法流动； *当P 时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差P n ， 液体才能流动。
f1<f2 ，使液体表面
层分子势能减少，因 而表面张力系数减小。 肥皂分子
f1
f2
水分子
表面活性物质与表面吸附
肺组织中的表面活性物质： *肺组织结构 小肺泡萎缩？ 大肺泡膨胀？？ *肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质； 改变粘液的α，从而维持正常呼吸。 大肺泡： R 活性物质密度 粘液的 小肺泡： R 活性物质密度 粘液的 所以
液体的性质及流体动力学
液体的性质及流体动力学液体是一种无固定形状，但有固定体积的物质状态。
液体的性质和行为在流体动力学中占有重要地位。
本文将探讨液体的性质以及与流体动力学相关联的一些基本概念。
一. 液体的性质液体是由分子间相互吸引力较大，排列无序但紧密接触的分子组成的。
液体具有以下性质：1. 不可压缩性：由于液体分子之间的相互吸引力较大，液体在受到外力作用时体积不容易发生显著的改变，因此液体的压缩性非常低。
2. 定形性：液体不具有固定形状，会根据容器的形状而变化。
液体在受到重力等外力作用时会呈现出自由下落的特点。
3. 表面张力：液体的分子内部存在着相互吸引力，而液体表面上的分子受到的相互吸引力较小。
这种差异导致了液体表面上的分子呈现出向内收缩的趋势，形成了表面张力现象。
4. 流动性：由于液体分子之间的相互作用力较小，液体具有较强的流动性，可以通过重力或施加外力向任意方向流动。
二. 流体动力学基本概念流体动力学研究的是液体和气体的运动规律和行为，其中液体是其重要研究对象之一。
以下是与流体动力学相关的一些基本概念：1. 流体静压力：液体由于受到重力或外力的作用而形成的静止状态下的压力称为静压力。
根据帕斯卡定律，液体在任意一点所受到的压力都会均匀传递到液体中的每一个部分。
2. 流体动压力：当液体或气体流动时，由于其速度和流动方向的变化而产生的压力称为动压力。
动压力是流体动力学中重要的概念之一，它有助于解释风和水流等现象。
3. 流体黏性：黏性是流体的一种特性，它决定了流体内部分子之间的相互阻力。
黏性较强的流体会呈现出较高的黏滞度，流动时更加困难，而黏性较低的流体则表现出较低的阻力和粘滞度。
4. 流体的速度分布：在流体动力学研究中，研究流体速度在空间中的分布情况非常重要。
这种分布可以通过速度矢量场来表示，有助于理解和预测流体在不同条件下的行为。
5. 流体的流量和流速：流体的流量指的是在单位时间内通过某个截面的流体量，可以用来描述流体的输送能力。
液体的表面现象
凹液面
P外 P0
P外P内
2
R
P内 PA
P0
P0
R
r
cos
P0PA2cros
· T R · r
A
P0
A
·C ·B
h
PAP02crosP0
P BP Ag h (P 02 c ro ) sgh
PB PC P0
(P02cro)sgh P0
h 2 cos rg
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(植物水分的输送、动物毛细血管)
使液体表面面积趋于缩小.
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它们为什么可以 漂在水面上
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2、表面张力：液体表面内存在的使其表面积 有收缩成最小的趋势的张力。
①、方向：与表面相切，与面内分界线垂直。
L
F ·F
②、大小：
FL
表面张力系数
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3、液体的表面能 surface energy
表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。
表面积越大，势能越大。系统的能量有减小到最小的
趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。
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• 如果要增加液体的表面积，就得作功把 液体内部分子移到表面层，从而增加了 液面的势能。
•表面能surface energy ：液体表面的势能
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• 能够减小溶液表面张力系数的物质，称为表面活 性物质。
• 水的表面活性物质有：胆盐、肥皂、蛋黄素等。
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肺泡的物理现象
• 肺泡内壁附着有一层特殊的肺液，类似于
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五、液体流速与压强的关系
手握两张纸，让纸自然下垂， 在两张纸中间向下吹气,猜想两 张纸将怎样运动。
结论：在气体中，流速大 的地方，压强小；
流速小的地方，压强大。
一次海难
1912年秋天，远洋航轮 “奥林匹克”号与铁甲巡洋 舰同向航行，但是当二船平 行的时候，突然小船竟然扭 头几乎笔直地向大船冲来， 结果小船把“奥林匹克”的 船舷撞了一个大洞。
三、 流量 单位时间内通过某一横截面的液体的体积。
Q sv
四、连续性原理
• 条件：稳定流动,不可压缩。
s1v1 s2v2
对于不可压缩的液体来说，在同一管中稳定流动时，任 意一处横截面积和该处液体流速的乘积是一个恒量。这一 结论叫作液体的连续性原理。
v 1 / v 2 s2 /s 1
上式表明，不可压缩的液体稳定流动时，同一管子中 的流速和管子的截面积成反比。
第一节 理想液体的流动
物态： 物体根据存在的形态分为固态、液态和气态。
流体： 气体与液体没有一定的形状,各部分之
间极易发生相对运动,具有流动性,因而被 统称为流体。
流体的运动广泛存在于我们的周围及生 命体内.掌握流体的运动规律,有助于理解日 常生活中发生在身边的流体运动现象,深入 研究人体的血液循环、呼吸过程以及相关的 医疗仪器设备。本章主要讲解液体。
1、黏滞性
液体层流时，相邻两层间有相对运动，速度大的一层 给速度小的一层以拉力，速度小的一层给速度大的一层以 阻力，这一对力叫作内摩擦力。由于内摩擦力的存在而使 液体内部各部分之间具有相互牵制的性质，叫作液体的黏 滞性。
黏度是表示液体黏滞性大小的物理量。它的值的大小 取决于液体的种类和温度。不同的液体，黏度不同；而同 一种液体的黏度一般随温度的升高而减小。比如沥青、花 生油等，温度低黏度大，温度高黏度小。见P49表4---1
第二节 液体的黏滞性
学习目标： 1、理解液体的黏滞性、粘度、泊肃叶定律。 2、了解层流、湍流、牛顿黏滞定律。
一、黏度（牛顿粘滞定律）
如图，先在滴定管中倒入无色甘油，然后在它上面倒入带有 颜色的甘油，结果如下：甘油各部分的流速不同，中间流速 大，越靠近管壁流速越小。
实验发现，流体在流速较小时将作分层平行流动， 这种分层流动，叫做层流或者片流。 任何液体都是有黏滞性的，例如蜂蜜、甘油、血液等。
结论：在液体中，流速越大的地方，压强越小； 流速越小的地方，压强越大。
你知道吗？
1、在火车站或地铁站 的站台上，离站台边 缘１m左右的地方标有 一条安全线，乘客必 须站在安全线以外的 地方候车，这是为什 么呢？
2、喷雾器的工作原理（空吸作用）
打气
小孔
小孔处空气流速快，压强小，容器里液 面上方的空气压强大，液体就沿着细管上升， 从管口流出后，受气流的冲击，被喷雾状。
液体的黏滞性
一、 理想液体 不可压缩又无黏滞性的液体。
理想液体是不存在的，它是实际液体的近似，为 了研究问题的方便，它代表实际液体的一种理想化模 型。水和酒精都可以看作理想液体。
二、稳流
一般情况：
• 同一时刻： • 空间各点流速不同； • 同一地点： • 不同时刻流速也不相同。
• 特例：
• 空间各点的流速不随时间变化， 即稳流。
二、泊肃强差、管半径的四次方成正比，与
管长、液体的黏度成反比。这个规律是法
国医生泊肃叶通过实验得出的，所以称为
泊肃叶公式，也叫泊肃叶定律。
泊肃叶公式
Q πR4P 8ηL
泊肃叶 (17991869) 法国生理学
令
Rf
8η L πR 4
称为流阻， 则
例题
血液循环系统
问题： 动脉、毛细血管血流速度大小如 动参考血脉数管、据血毛：流细何考虑？ ν动速=度30大cm小/s ，ν毛=0.1cm/s
主如动何脉考截虑面3cm2 ，毛细血管总截面900cm2 ？
因此，输液是针尖处药液的流速比 吊瓶中药液的流速大得多，毛细血管的 总截面积约为主动脉的200—400倍， 所以血液速度较慢。
可压缩性 液体的体积(或密度)随压强大小而变化 的性质,称为液体的可压缩性。例：水在10°C时增 加1atm体积减小1/20000加1atm 黏滞性体积实减际小液1体/2流00动00时,速度不同的层与层之间存 在阻碍相对运动的内摩擦力,液体的这种性质称为液 体的黏滞性.流速大的层给流速小的层以拉力,流速小 的层给流速大的层以阻力。甘油、糖浆、血液都具有 黏滞性。
Q P Rf
家.
常用上式分析心输出量、血压和外周阻力之间的关系。
高血压的治疗：老年人血管往往硬化，流阻增大，所以 血压升高。可以服用扩张血管的药物，减小流阻，在Ｑ 不变的情况下，血压降低。
第三节 血液的流动
学习目标： 1、理解血液的流速、血压在各段血管中的分布。 2、掌握水银血压计的构造、测压原理和使用方法。
血液的黏度很大，约为水的4---5倍，血液的粘滞性主要 是有悬浮的血细胞决定的，当血细胞数量发生变化时，血液 的黏度就会发生变化。所以，测量血液的黏度，对诊断某些 疾病有所帮助，测定液体的黏度也是检验药品的方法之一。
2、湍流
黏滞性液体在流速不大时，是分层流动的，各层 相对滑动而不相混合。当液体的流速超过一定程度时， 分层流动的状态将被破坏，形成紊乱的流动状态，甚 至形成涡流，并发出声音，这种流动称为湍流，又称 乱流、扰流、紊流。
血液流动的特殊性： 血液由血浆和悬浮在其中的比任
何分子都大得多的血细胞组成，和一般 均匀性黏滞液体不同，血管壁是有弹性 的，而且受神经的控制可改变口径，此 外，血管的分支极多，所以人体血液流 动情况十分复杂。
一、血液的流动
为了讨论方便，我们将心血管的循环系统简化为如下模型：
心脏收缩时，心 脏内压强骤增，血液 流向动脉；心脏舒张 时，由于心脏内压强 降低，血液流回心脏。 血液总是由心脏到动 脉经毛细血管到静脉， 再回到心脏。
水中的层流
水中的湍流
香烟烟雾(从层流变到湍流)
湍流的发生还与管道光滑程度、形状、弯曲程度 等有关：转弯、分支处易发生湍流。
特点：湍流区别于层流的特性之一是它能发出声音，医生 利用听诊器可以辨别血流是否正常，从而判别心脏疾病。
动脉粥样硬化病变好发于动脉分支、弯曲部位，因为 血液在这些部位容易发生湍流。