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流体与流体力学

 新用户57984925 2023-11-03 发布于河南

【流体与流体力学——风鼓起帆,船破水前行,海鸟在天空飞翔,流体的力在我们的生活中无处不在】

推荐给大中学生、工程技术人员的一本大白话讲流体力学的非官方书籍,为啥不叫教材?因为这本书里没有任何一道例题,也没有那些枯燥严谨的官方语言,仅仅用通俗易懂的语言,用日常生活中随处可见的实例,讲透有关于流体力学的知识,嗯,至少这很对我的路子。

所谓的流体一般指液体和气体,和流体相对应的是固体,一般认为固体指不容变形的物质,而流体指容易变形的物质。然而根据牛顿定律,物体不受力就不会运动,是否容易形变实际上取决于受力的情况。作为固体的尼龙绳的抗拉能力很强,但受压时候则几乎完全没有抵抗力,用剪刀还可以轻易将其剪断。可见,需要一种更为严谨的定义来区分流体与固体。

固体、液体和气体的区别显然是由他们的微观结构决定的。下图1中显示了水的三种状态的微观结构示意图,图中用小球来表示氧原子和氢原子。固体的分子紧密地挤在一起,并努力保持固定的排列形式;液体的分子也紧密地挤在一起,但没有意愿保持固定的排列形式;气体的分子则既不能挤在一起,也没有意愿保持固定的排列形式,分子之间基本没有作用力,各自独立地做着热运动,他们的力学关系是通过互相碰撞来建立的。

这样,我们就可以理解物质这三种状态的特点了。固体和液体的分子紧密的挤在一起,因此他们的体积基本是固定的,只要不受到巨大的压力就不会有明显的改变。气体与它们不同,受到外界压力后分子之间的间距会缩小,整体的体积也因此而改变。

液体和气体的共同特点就是分子没有任何意愿要保持固定的排列形式,这种特点决定了它们易于流动的特性。对于液体,一个分子和哪些分子挨着都无所谓,只要挨着就行。这种随遇而安的特性使液体在宏观上虽然体积较为固定,但不会保持固定的形状。对于气体,分子基本上是完全自由的,和其他任何分子只有在相互碰撞时才发生作用。

我们知道,如果一个刚体所受的合外力和力矩都为零,那么这个物体就会保持静止状态。对于实际的固体和流体来说,就不一定是这样了。任何固体材料都有一个强度极限,即使合外力和力矩都为零,它的内部也可能会存在着拉力、压力或者剪切力。当这些内应力超过了材料的强度极限时,固体就会被破坏,从而产生运动。微观上体现为断裂处的分子(或原子)之间的化学键被破坏,失去了相互的作用力,不在能保持原有的结构形式了。在材料的弹性变形范围内,固体可以在合外力和力矩为零的情况下,在一定的形变之后静止。

流体在这点上与固体有本质不同。
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