表面張力和毛細現(xiàn)象

1、浮力、表面張力和毛細現(xiàn)象尤 明 慶2008 年 10 月 19 日11） 引 言2） Pascal 原理3) Bernoulli 方程4） 虹吸現(xiàn)象（Siphonage)5) 結(jié)束語Pascal 原理及 Bernoulli 方程復習2靜 水 壓 力力是物體之間的相互作用壓力是流體內(nèi)部單位面積的的作用力壓力垂直于作用面流體壓力與位置有關(guān)，與方向無關(guān)，即：同一位置，各個方向的壓力相等力的單位是Newton，符號 N;壓力的單位是 Pascal ，符號 Pa;1 N =1 kg m/s2, 1 Pa = 1N/m2, 1 MPa = 106 Pa單位符號的確定規(guī)則3Pascals law or Pa

2、scals principleA change in the pressure of an enclosed incompressible fluid is conveyed undiminished to every part of the fluid and to the surfaces of its containerP=gHFrom Wikipedia, the free encyclopediaThe difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by:4

3、Pascals law or Pascals principle高度變化所引起的壓力差異P=gHThe difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by:S PA = S PB+g（HB - H A)S力 平 衡 方 程PAPBHB5Pascals law or Pascals principle高度變化所引起的壓力差異P=gHPAPBS PA = S PB+g（HB - H A)S力 平 衡 方 程HBPA +g H A = PB + gHB靜止流體重力勢能與壓力

4、能總和守恒67煙囪的作用PAPBPBP外=冷 gH，大P內(nèi) =熱gH，小假如不流動：煙囪出口處熱空氣壓力較高，因而壓力也是能量，其來源是8煙囪的作用PAPBPB礦井自然通風系統(tǒng)冬天夏天壓力也是能量，其來源是9Bernoulli 方程PA +g H A = PB + gHB靜止流體重力勢能與壓力能總和守恒PHV流體從水面到出口將重力勢能轉(zhuǎn)換為壓力能，再將壓力能轉(zhuǎn)換為動能10Bernoulli 方程PHP +g H + V 2 /2 = 常數(shù)不考慮流動的損失，重力勢能、壓力能和動能的總和守恒流體從水面到出口將重力勢能轉(zhuǎn)換為壓力能，再將壓力能轉(zhuǎn)換為動能出流速度出流是一個準靜態(tài)過程與自由落體運動的速度

5、完全相同11Bernoulli 方程PHP +g H + V 2 /2 = 常數(shù)不考慮流動的損失，重力勢能、壓力能和動能的總和守恒出流速度沿程阻力損失局部阻力損失流體能量P +g H + V 2 /2 實際上逐步降低12Bernoulli 方程PH出流速度沿程阻力損失局部阻力損失流體能量P +g H + V 2 /2 實際上逐步降低沿程阻力損失：沿直管流動，流體與管壁摩擦引起的，與管徑成反比，與動能成正比，比例系數(shù)與流體、管道粗糙特征等有關(guān)。13Bernoulli 方程PH出流速度沿程阻力損失局部阻力損失流體能量P +g H + V 2 /2 實際上逐步降低局部阻力損失：因流體運動的速度大小和

6、方向改變而引起的能量損失，與動能成正比，比例系數(shù)與流體、管道（速度改變）特征等有關(guān)。14用塑料水管澆花，縮小其出口面積能使水流噴到更遠的地方一般的說法是，面積減小，速度增大，因而可以噴得更遠。說這句話時，實際上心中有這樣的一個認識：改變出口面積時水管的出流量不變。不過， 若將管子 完全捏住 ，流量等于0，速度？！澆花水的塑料管15減小出口面積，增大整個系統(tǒng)的流動阻力，因而流量減??；出口面積為零，流量為零。流量減小，水到達出口處的壓力損失就減小，使得出口處的壓力增大；流量為零，出口處壓力 - -出口處壓力增大，噴出速度就有可能增大，水流也就有可能噴到更遠的地方。不過 - -澆花水的塑料管16水暖

7、為什么由上而下供應用用戶利用流體的重力勢能克服流動阻力17虹吸：利用曲管將液體經(jīng)高于液面的地方引向低于液面A siphon is a continuous tube that allows liquid to drain from a reservoir through an intermediate point that is higher than the reservoir, the flow being driven only by the difference in hydrostatic pressure without any need forPumping. It is nec

8、essary that the final end of the tube be lower than the liquid surface in the reservoir.18 有什么用途？ 水往低處流是內(nèi)因，本性; 大氣壓是外因，環(huán)境；而曲管內(nèi)充滿水是觸發(fā)條件，機遇！AOBH*H*AOB虹吸現(xiàn)象1） 金魚缸換水2） 當年吃車加油3） 清洗豬肺 4） 等等19虹吸現(xiàn)象AOOAOOBAOOB戒杯量變引起質(zhì)變質(zhì)變不可逆轉(zhuǎn)臨界點隱蔽難知AOBB貪20辭海, 縮印本上海辭書出版社1999年定價 230元 虹吸現(xiàn)象 ：裝置通常處在大氣中，但即使兩貯水器液面為真空，虹吸現(xiàn)象也能實現(xiàn)辭海2244頁 H*

9、H*？21鴛鴦壺 本實用新型涉及一種可以盛裝各種液體的鴛鴦壺，由壺體、壺嘴、壺把和壺蓋組成。壺體內(nèi)由隔板分隔成兩個空腔，并分別與通往壺嘴的通液道相通，在壺體頂部設(shè)有加液孔，壺把上設(shè)有進氣孔，使用時可隨意選擇壺內(nèi)任一種液體。該鴛鴦壺結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀、制造容易、成本低，使用方便，特別適合于家庭、食堂、餐廳使用。申請專利號 CN90200662.2專利申請日 1990.01.16名稱 鴛 鴦 壺申請（專利權(quán)） 崔 富 勝實 用 新 型Mandarin duck22浮力、表面張力和毛細現(xiàn)象引言浮力定律表面張力毛細現(xiàn)象結(jié)語23液體對各個方向都有壓力，而壓力隨深度線性增加。浮力是液體壓力對固體表面作用的

10、合力，等于物體所排開液體的重量液體的浮力力在豎直方向分解24液體對各個方向都有壓力，而壓力隨深度線性增加。浮力是液體壓力對固體表面作用的合力，等于物體所排開液體的重量約在公元200年三國時曹沖稱象公元前約200年，阿基米德利用浮力替國王確定王冠的含金量液體的浮力25冰密度小于水（隨結(jié)構(gòu)變化），冰山露出水面部分為總體積的1/71/5，所謂冰山的一角。融化后正好充填其水下部分的體積，不會引起水面的上升。南極洲的冰架壓在陸地上，斷裂跌入海中時海平面就上升了，并不要等到冰山融化。液體的浮力26魚通過給鰾充氣或放氣改變體積調(diào)整浮力。潛水艇利用浮力定律時必須要求物體表面都承受液體的壓力。如果潛艇伏底在淤泥

11、中，就有會失去下方的壓力，從而被壓死永遠不能浮出水面。 液體的浮力273 處錯 ！ 阿基米得為世人所熟知的故事是浮力定律的發(fā)現(xiàn)。有一天他從澡盆里跳出來，跑到大街上大喊：“我找到了！”因為他坐進澡盆時，看見了水從盆緣溢流出來，于是想出了計算制作國王皇冠用了多少黃金的方法把皇冠放入注滿水的容器中，溢出水的體積相當于皇冠的體積。這就是人盡皆知的浮力定律。28浮心：浮力的作用點浮體的位置和穩(wěn)定性球體圓柱體正方體等等29分子之間存在引力，液體內(nèi)部每一個分子都受到周圍分子的引力，處于平衡狀態(tài)。但邊界處的分子只受到內(nèi)部分子的引力，呈收縮趨勢，存在一種張力。荷葉上的水滴、浮在水面上的硬幣就是表面張力的作用。表

12、面張力30不沾濕31昆蟲在水面上行走32Surface tension：Robert Anderson 光的干涉條紋顯示水面高度的微小變化33分子之間存在引力，液體內(nèi)部每一個分子都受到周圍分子的引力，處于平衡狀態(tài)。但邊界處的分子只受到內(nèi)部分子的引力，呈收縮趨勢，存在一種張力。荷葉上的水滴、浮在水面上的硬幣就是表面張力的作用。表面張力表面張力是出現(xiàn)在液體表面的張力，并不是作用在表面的張力。其起因?qū)嶋H上是界面所造成的不對稱 液體表面所接觸的有固體和氣體34肥皂泡因表面張力才存在。半徑 R 肥皂泡，有兩層表面，都產(chǎn)生張力。內(nèi)部壓力 P2 大于肥皂液壓力 P1，而 P1 又大于大氣壓 P0P2P0P1

13、(P2 P1 ) R22RT(P1 P0 ) R22RT吹肥皂泡的少年法夏爾丹P2P1P2P0 4T / R表面張力35肥皂泡因表面張力才存在。半徑 R 肥皂泡，有兩層表面，都產(chǎn)生張力。內(nèi)部壓力 P2 大于肥皂液壓力 P1，而 P1 又大于大氣壓 P0P2P0P1吹肥皂泡的少年法夏爾丹P2P1P2P0 4T / R表面張力20時水的表面張力系數(shù)為0.073N/m。 肥皂液的表面張力系數(shù)較小36固體分子對液體分子的引力大于液體分子之間的引力，則稱液體對固體是沾濕的，如水對玻璃，柴油對鐵皮；反之稱為不沾濕的，如水銀對玻璃，水對荷葉。液體對固體的沾濕和不沾濕柴油對鐵皮的沾濕： 危害與防治37一個細玻璃管插入水中，水面會上升。其原因是玻璃管壁對水分子的引力大于水分子之間的引力。這在玻璃管的內(nèi)外表面都能看到。2r T cosrhg h 2T cos /g r 直徑1 mm 的干凈管子內(nèi)，水面可上升 30 mm毛細現(xiàn)象38 纖維將水從下方引到高處39D