在物理学中对物体的分类可以分为刚体和流体。刚体是指形状不变的物体。而流体是指没有固定形状的物体。在航空问题中,流体成了最主要的研究对象。显然,由于没有固定形状,流体的流动比刚体运动更加复杂。在刚体运动中,我们可以把物体的运动看作是两种过程的总和。一种是平动,另一种是转动。但是,在流体力学中,流体的速度不仅具有平动和转动,还有剪切变形。 如上图(a)所示,流体微团1234想要变成1'2'3'4',首先要平动,使3与3'重合(b),然后微团绕点3旋转,使得32与3'2'在同一直线上(c),最后沿32做剪切变形运动,整个流体微团变成1'2'3'4'(d)。如果用公式定量的计算各个速度的大小,那么公式就是这样的: 这个公式里有旋度rot,微分符号δ,向量积,但是最复杂难懂的确实符号S。在这里,它实际是一个二阶张量! 并用F表示作用在流体微团表面的力。那么F就是一个张量了。我们举得这个例子中的F有3^2=9个分量,所以F也叫二阶张量,如果一个量有27个分量,那么它就是三阶张量,其余可以以此类推。其实标量和矢量也是特殊的张量。标量是零阶张量,矢量是一阶张量。 回到我们之前讲的速度公式。速度可以分解为平动、转动和变形的定理叫做氦姆霍兹(Helmholtz)速度分解定理。张量S叫做变形速度张量。写成上面九个量的话,是这样。 |
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