第2講 牛頓內(nèi)摩擦定律

1、.,1,流體的壓縮性：流體在其所受壓強(qiáng)增大時(shí)體積縮小的性質(zhì)。 壓縮率(壓縮性系數(shù))：溫度保持不變，單位壓強(qiáng)升高所引起的體積相對(duì)減小值。其值越大，流體越容易壓縮，反之，不容易壓縮。,.,2,體積模量,意義：溫度不變時(shí)，單位體積的變化率所需要的壓強(qiáng)變化量。 其值越大，流體越不容易壓縮，反之，就容易壓縮。,.,流體的膨脹性：壓強(qiáng)一定時(shí)，流體溫度升高體積增大的性質(zhì)。 膨脹系數(shù) 通常液體的膨脹系數(shù)很小，氣體的膨脹系數(shù)很大。,.,可壓縮流體和不可壓縮流體 壓縮性是流體的基本屬性。 氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體視為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。 可壓縮流體：密度隨溫度和壓強(qiáng)變化的流體。 不可壓縮流

2、體：壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)為零的流體。,.,5,下列情況中哪些是可壓縮流體模型： 鍋爐里的水蒸氣流動(dòng) （可壓縮） 水下爆炸 （可壓縮） 原油在輸油管道中的流動(dòng)； （不可壓縮） 壓縮空氣的低速流動(dòng)； （壓縮空氣流速比較低時(shí)壓強(qiáng)變化較小，視為不可壓縮流體）,流體的粘性：流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱(chēng)為流體的粘性。流體內(nèi)摩擦的概念最早由牛頓提出。由庫(kù)侖用實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。,庫(kù)侖把一塊薄圓板用細(xì)金屬絲平吊在液體中，將圓板繞中心轉(zhuǎn)過(guò)一角度后放開(kāi)，靠金屬絲的扭轉(zhuǎn)作用，圓板開(kāi)始往返擺動(dòng)，由于液體的粘性作用，圓板擺動(dòng)幅度逐漸衰減，直至靜止。庫(kù)侖分別測(cè)量了普通板、涂臘板和細(xì)沙板，三種圓板的衰減時(shí)間。,三種圓板的衰減時(shí)間

3、均相等。庫(kù)侖得出結(jié)論: 衰減的原因，不是圓板與液體之間的相互摩擦 ，而是液體內(nèi)部的摩擦 。,.,牛頓內(nèi)摩擦定律,實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于大多數(shù)流體，存在,引入比例系數(shù) ，則得著名的牛頓內(nèi)摩擦定律：,牛頓內(nèi)摩擦定律指出: 粘性切應(yīng)力由相鄰兩層流體之間的速度梯度決定,而不是由速度決定 . 粘性切應(yīng)力由流體質(zhì)點(diǎn)的角變形速率決定，而不是由變形量決定. 流體粘性只能影響流動(dòng)的快慢，卻不能停止流動(dòng)。,牛頓內(nèi)摩擦定律,.,牛頓內(nèi)摩擦定律的適用條件： 只適用于層流狀態(tài)，不適用于湍流狀態(tài)。 只適用于牛頓流體，不適用于非牛頓流體。 若流速與其法向距離呈線性變化，則,.,牛頓流體: 水、空氣、汽油、水銀等，圖中應(yīng)力和變形速率

4、滿足線性關(guān)系。（滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，如A所示。 非牛頓流體：應(yīng)力和變形速率之間不滿足線性關(guān)系的流體。如泥漿、血漿、新拌水泥砂漿、新拌混凝土等，圖中B、C、D均屬非牛頓流體。,粘 度,的全稱(chēng)為動(dòng)力粘度,根據(jù)牛頓粘性定律可得.,粘度的單位是帕秒（Pas),工程中常常用到運(yùn)動(dòng)粘度用下式表示 單位:(m2/s),當(dāng) 一定時(shí)，越大的流體變形越緩慢，因而是反映流體粘性大小的特性參數(shù)。 溫度對(duì)的影響很大。液體？氣體？ 壓力？,常溫常壓下水的動(dòng)力粘度是空氣的55.4倍,常溫常壓下空氣的運(yùn)動(dòng)粘度是水的15倍,粘性流體和理想流體,實(shí)際流體（粘性流體） 實(shí)際中的流體都具有粘性，因?yàn)槎际怯煞肿咏M成，都存在分子間

5、的引力和分子的熱運(yùn)動(dòng)，故都具有粘性，所以，粘性流體也稱(chēng)實(shí)際流體。 理想流體 假想沒(méi)有粘性的流體，即粘度為零的流體。 由于實(shí)際流體存在粘性使問(wèn)題的研究和分析非常復(fù)雜，甚至難以進(jìn)行，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，引入理想流體的概念。,質(zhì)量力：某種力場(chǎng)通過(guò)非接觸的方式作用在流體微團(tuán)的全部質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小和該流體微團(tuán)的質(zhì)量成正比。如重力、慣性力、離心力、電磁力等。,第六節(jié) 作用在流體上的力,單位質(zhì)量力：,重力場(chǎng)中：,單位質(zhì)量力的物理含義是在數(shù)值上等于質(zhì)點(diǎn)的加速度。,表面力：作用在所取分離體表面的力，這種力通常指的是分離體以外的流體或固體通過(guò)接觸面作用在分離體上的力，其大小與接觸面的面積成正比。,理想（靜止）流體中沒(méi)有

6、切應(yīng)力 ，只承受壓力 ，不能承受拉力。表面力只有法向壓應(yīng)力p,.,比較重力場(chǎng)中，水和水銀所受的單位質(zhì)量力f水和f水銀的大??？,f水=f水銀,試問(wèn)自由落體和加速度a向x方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的液體所受的單位質(zhì)量力大小（fX. fY. fZ）分別為多少？,自由落體：fXfY=0,fZ=-g 加速運(yùn)動(dòng)：fX=0,fY=a,fZ=-g,.,表面張力,液體具有內(nèi)聚性和吸附性，這都是分子引力的表現(xiàn)形式。 內(nèi)聚性使液體能夠抵抗拉伸應(yīng)力，吸附性使液體可以粘附在其他物體表面。 表面張力是分子力的一種表現(xiàn)。它發(fā)生在液體和其他相態(tài)物質(zhì)接觸的自由表面上。,.,所有液體的表面張力都隨著溫度的升高而下降。在液體中添加某些有機(jī)溶劑

7、或鹽類(lèi)，也可以改變它們的表面張力。,* 氣體不存在自由表面，也就不存在表面張力。 * 表面張力是液體特有的性質(zhì)。 * 表面張力可產(chǎn)生在液氣、液固、液液接觸面上。 * 表面張力可產(chǎn)生附加壓力使自由面彎曲(毛細(xì)現(xiàn)象),.,當(dāng)液固接觸時(shí)，液體表面的切面與固體壁在液體內(nèi)部所夾的角。, 90；液體不潤(rùn)濕固體,h,接觸角,內(nèi)聚力附著力 水銀倒在玻璃板上,.,將一小管插入液體中，管內(nèi)液體升高或降低，稱(chēng)為毛細(xì)現(xiàn)象. 它是由表面張力和接觸角引起的。,h,h,毛細(xì)現(xiàn)象,液柱上升或下降的高度與管徑成反比。,.,為什么水通常被視為不可壓縮流體,因?yàn)樗腒=2109Pa ，水的體積變化很小，可忽略不計(jì)，所以通?？砂阉?/p>

8、為不可壓縮流體。,自來(lái)水水龍頭突然開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，水是否為不可壓縮流體？為什么,為可壓縮流體。壓縮性是流體的基本屬性，任何流體，壓強(qiáng)升高，體積減小。此時(shí)引起水龍頭附近處的壓強(qiáng)變化，且變幅較大。,.,理想流體有無(wú)能量損失？為什么？,無(wú)。因?yàn)槔硐肓黧w=0 ，沒(méi)有切應(yīng)力。,流體的粘度與哪些因素有關(guān)？它們隨溫度如何變化？,流體的種類(lèi)、溫度、壓強(qiáng)。液體粘度隨溫度升高而減小，氣體粘度隨溫度升高而增大。,.,為什么荷葉上的露珠總是呈球形？,表面張力的作用。內(nèi)聚力大于吸附力。,一塊毛巾，一頭搭在臉盆內(nèi)的水中， 一頭在臉盆外，過(guò)了一段時(shí)間后，臉盆外的臺(tái)子上濕了一大塊，為什么？,毛細(xì)現(xiàn)象。,為什么測(cè)壓管的管徑通常不能