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    奇妙的流体----1流体\2,粘性\3压缩性

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  • 这本书是日本机械学会流体工学部门编的,是作者作为“练习日语”而翻译的.

    感谢中华快乐航空网 会员mumeineco 

    前言

    空气和水,在我们身边存在,平常我们却不太注意。但是它们却都在我们生活中起着重要的作用。流体力学中所说的“流体”是以空气和水为代表的气体和液体的总称。在流体中,眼睛看不到的东西占多数,并且因为可以自由变形难以捕捉,容易被认为是不好理解的东西。

    流体力学可能被认为是很难的东西,所以首先亲近流体是本书的目的。流体当中有时发生一些与平常的感觉不同、让人“啊!?”为之吃惊的不可思议的现象。看起来是奇异的现象,其实里面有着非常自然的道理。把难懂的理论放到一边,体会“流动”的乐趣,接触它的不可思议。在这当中,我们想通俗易懂地说明流体之谜。

    1流体是什么。

    液体和气体合称为流体。和固体不同,可以自由地变形是流体的特征。
    做做看

    怎样区别生鸡蛋和熟鸡蛋呢?把它们放在桌子上转一下看看。
    很简单就能转起来的是熟鸡蛋,生鸡蛋不好转。
    接着,用手拨动鸡蛋使其连续旋转,然后突然用手指按住鸡蛋并立即松开。
    熟鸡蛋停止旋转,而生鸡蛋会又开始旋转。
    用途

    超高层楼房或塔,会受到由风或地震引起的晃动的困扰。为了保持舒适和安全的状态,使用了很多抑制震动的方法。
    其中之一是像图示的那样,采用在建筑物顶部设置水箱的方法。这就是利用了水可以自由变形的性质。
    只有固体的建筑物,全体会同时震动。像在做做看里熟鸡蛋会立刻旋转起来那样。
    但是,水箱里的水在由风或地震引起的晃动时,要晚于水箱的晃动,就像在生鸡蛋不好转那样。由于水通过变形想要在原地停留,所以起到了抵消建筑物晃动的作用。像这样抑制震动的技术称为制振
    答案
    液体和气体和称为流体。比如,我们身边的水和空气、油等都是流体。和固体不同,可以自由地变形是流体的特征。流动就是指这样的流体运动的状态。

                                           
    做做看里生鸡蛋和熟鸡蛋的不同,是由于里面的液体或固体引起的。固体不易变形,因此立刻跟随外壳一起旋转。液体易变形,即使外壳旋转内容物也不会立刻跟随转动(惯性原理)。相反,一旦旋转起来,外壳瞬间停止转动时,内容物依然会继续旋转,就出现了做做看里现象。

                                           
    用途中的建筑物的制振,也是利用了水可以自由变形的性质。

    奇妙的流体----1流体\2,粘性\3压缩性

    2,粘性

    流体虽然可以自由变形,但如果要使其快速变形则需要很大的力。这样的性质称为粘性
    做做看

    将一只牙签插入糖饴中(如果没有糖饴也可使用冷藏之后的蜂蜜),分别慢速移动和快速移动牙签,观察结果,以很快的速度移动牙签时,牙签会断掉。

                                   
    将两只牙签的尖头部分(约2cm)折下,分别放入装有色拉油和水的碗中,不要使其碰到碗壁,缓慢转动碗,色拉油上的牙签随碗一起转动,而水中的牙签则不转,但如果将碗中的大部分水倒掉,使牙签非常接近碗底时,牙签也会随碗一起转动。
    用途

    为了使们能够缓慢地关上,通常使用Door closer这种东西。装在门的上方,大家也许见过。如果想快速关门,要费很大的力气。但是慢慢地关门则不需要多大的力气。

                                   
    这个装置就是利用了流体粘性的性质。因为要使流体快速变形需要很大的力。如图所示,在Door closer里面充满油,并有一个活塞,当关门时活塞向右移动,油就会通过一个很细的管道向左边移动。快速关门时,通过细管道的油必须迅速变形,这需要非常大的力。所以门会缓缓地关上。这和上面做做看的第一个实验的原理是一样的。

                           

    答案

    流体虽然可以自由变形,但如果要使其快速变形则需要很大的力。相反,缓慢的变形只要很小的力就够了。像这样对应于变形的速度,力也发生变化的性质称为粘性用途中的Door closer就利用了这个性质。空气和水的阻力也是由于粘性而产生的。并且,流体沿着物体表面流动是会产生一种叫做粘性摩擦的力。粘性,是流体的非常的重要特征。

                                   
    做做看的第一个实验中,牙签活动使糖饴变形。使其迅速变形需要很大的力气,所以牙签就会折断。

                                   
    粘性的表现方式因流体种类的不同会发生很大的变化。好像是强调了流体应该有很强的黏着力,但是没有感到黏着的水和空气也有粘性。除掉特殊的例子,几乎所有的流体都有粘性。

                                   
    做做看的第二个实验中,色拉油和水的粘性不同。色拉油比水的黏着力要大(粘度大),不易变形,所以随着碗一起转动,牙签也跟着转。水的粘性弱(粘度小),易变形,所以牙签不转。

                                   
    让我们考虑一下做做看中最后的实验,因为流体和固体表面接触的地方发生粘性摩擦,碗底部附近受粘性的影响较大,水就和碗一起转,牙签也就转了。相反,水位高的情况下,由于水面和底部之间的水的变形,即使底部转水面也几乎不转。

                                   

    奇妙的流体----1流体\2,粘性\3压缩性

    奇妙的流体----1流体\2,粘性\3压缩性

    3,压缩性
    流体从周围受到挤压时体积变小,这种性质称为压缩性。让我们利用压缩性来做一个游戏看看。
    做做看
    用一次性筷子和吸管做一个纸团炮,首先把筷子削到可以插进吸管的程度。接着把手纸裁成小块儿弄成球形并用水湿透,大小是比较紧地塞进吸管为好。将两个纸团分别塞进吸管的两端,用筷子快速推其中一个纸团,则另一个纸团就会飞出。
    用途
    汽油机使用活塞压缩(减小体积)汽缸内的油气混合气。这就是利用了气体受挤压体积变小的性质。
    通过活塞压缩汽缸内的油气混合气,使压力和温度升高,提高能量的利用效率。在汽车发动机内有多个气缸和活塞,利用其中某个汽缸内的燃烧膨胀的能量来驱动别的活塞压缩混合气。
    而在做做看中,人推动活塞(纸团),压缩气体使其压力增高,在利用压力这点上是相同的。
    答案

    从四周挤压流体时的力,除以面积得到的值称为压强
    压强=压力/面积
    施加压力则体积缩小的性质称为压缩性
    压缩气体时体积缩小。气体分子在自由飞行的过程中,相互碰撞或与四壁碰撞。通过压缩使体积缩小时,分子相互碰撞或与四壁碰撞的机会增加,因此使温度和压力上升。
    在汽油机里,压缩混合气使温度和压力上升。
    做做看里,被压缩而压力变高的空气使纸团飞出。

    奇妙的流体----1流体\2,粘性\3压缩性

    奇妙的流体----1流体\2,粘性\3压缩性

    [此贴子已经被作者于2008-2-18 7:19:11编辑过]

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