第 6 章 第 6 节 流体压强与流速的关系
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流体压强与流速的关系
如图 6–6–1 所示,地铁站的候车区一般安装有安全玻璃墙,或在地面上标有黄线,称为安全线。当地铁列车进站的时候,车站的工作人员都会提醒人们注意站在安全线以外,这是为什么呢?
流体的压强与流速有何关系?
液体和气体没有一定的形状,都具有流动性,因此统称为流体(fluid)。前面我们已经学习的液体压强和大气压强,都是流体静止时的压强。
当液体和气体流动时,其压强是否会发生变化呢?
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时压强与流速的关系
图 6–6–2 中,水从左边蓄水容器流向下方的水平玻璃管。由于相同时间内同一管中不同截面处水的流量是相同的,因此水平玻璃管横截面积较大处水的流速小,横截面积较小处水的流速大。蓄水容器内的水从下方的玻璃管中流出时,竖直细管中液面有高有低。这是为什么?
水从下方的玻璃管中流出时,竖直细管中的液面高低不同,细管中液面越高,对应下方玻璃管内液体的压强越大。c 管下方的液体流速大,压强小;a 管下方的液体流速小,压强大。
如图 6–6–3 所示,手持两张纸并使它们自然下垂且靠近,向两张纸之间的空隙中吹气,简述观察到的现象。
吹气使得两张纸之间的空气迅速流动,两张纸相互靠拢,说明它们之间的空气压强变小了。
大量实验表明:
流体压强与流速有关,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
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文丘里流量计结构示意图
流体压强规律有哪些应用?
流体压强和流速的关系应用十分广泛。文丘里流量计是一种测量有压管道流量的装置,常用于测量空气、天然气、水等流体的流量。图 6–6–4 所示是文丘里流量计的结构示意图,流体在通过流量计时局部收缩,从而使流速增大,压强减小,因此流体在截面1和截面2处有压强差,通过测量压强差来测量流量大小。
高速行驶的车辆侧面气压低,靠近这个区域的人身体前后存在着压力差,会有被“吸”过去的危险,所以日常生活中,要注意保持与高速行驶车辆间的安全距离。同样,高速同向行驶的船舶如果靠得太近,两船之间水流的流速大,压强小于船外侧的压强。水流的压力差会使两船相互“吸引”而发生碰撞事故,因此,大型舰队在海上做编队航行时(图 6–6–5),各舰船之间需保持一定距离,以防止相邻舰船间因水流的压力差而发生碰撞。图 6–6–1 所示地铁站的候车区在地面上标有安全线,就是为了防止乘客候车时太靠近高速行驶的地铁因压力差而发生意外。
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物理学的分支——流体力学是在人类生活实践中发展起来的一门学科,主要研究作用于静止或运动流体中各种力的关系。它既包含自然科学的基础理论,又涉及工程技术的实际应用。流体力学的相关理论广泛应用于航空、航天、大气、海洋、航运、土木、医学、地质、给排水、石油、化工、能源和交通等众多领域。
流体力学可分为流体静力学、流体动力学、空气动力学等,其中空气动力学对航空航天工程具有至关重要的作用。我国科学家钱学森(图6–6–6)和郭永怀(图6–6–7)均为空气动力学的基础理论及相关工程技术实践做出了世界公认的开拓性工作。
“两弹一星功勋奖章”获得者,我国近代力学和系统工程理论与应用研究的奠基人和倡导人,被誉为“中国航天之父”。组织领导我国火箭、导弹和航天器的研究发展工作,为我国航天事业和国防事业的迅速发展作出了卓越贡献。
“两弹一星功勋奖章”获得者,我国近代力学事业的奠基人之一。先后领导、参与“两弹一星”研制和试验工作,解决了核弹研制和试验中力学方面的许多重大难题,在推动核武器发展方面有着突出贡献,在核弹、导弹、地球卫星三个领域都作出重大贡献。
流体中存在不规则的起伏和扰动,称为湍流。求解湍流问题会遭遇超乎想象的数学困难。我国科学家周培源(1902—1993)为湍流模式理论做出奠基性的工作。湍流至今仍然是未被解决的流体力学难题。
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1.如图 6–6–8 所示,飞盘放飞时,飞盘下方的气流速度比上方的气流速度________,所以飞盘下方的气压比上方的气压________,使飞盘获得一定的升力。
2.“无叶电风扇”(图6–6–9)的底座内有一台用来吸入空气的电动机,被吸入的空气经过加压后送入环形的出风口,从宽度只有1.3 mm的缝隙中向外喷出,这部分喷射空气因流速大,压强________,使周围空气迅速________(选填“靠近”或“远离”)这部分喷射空气,从而带动周围空气流动,使风量远比喷出的空气量大。
3.有些看似平静的水面下往往暗藏旋涡。旋涡中心水的流速________,压强________,人若被卷入其中很容易会出现危险。
4.如图 6–6–10 所示,用手指将乒乓球顶在漏斗中间,从细口向漏斗内吹气。放手后乒乓球并不会掉落,试分析原因。
发布时间:2026/3/19 下午9:52:22 阅读次数:13
