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生活中的伯努力方程-流体力学[最新]

2018-01-12 7页 doc 20KB 10阅读

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生活中的伯努力方程-流体力学[最新]生活中的伯努力方程-流体力学[最新] 生活中的-流体力学生活中的白努利-流体力学 1/9 篇名 生活中的白努利-流体力学 作者 梁育绫.国立彰化女子高级中学.三年八班 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 2/9 壹?前言 能量可藉流体来作为介质,而这些能量经由此介质能转为功或潜能,以作为各 式各样的用途.自然界中与工程问题中有许多现象皆与流体力学(Fluid Mechanics)有关,譬如海洋与...
生活中的伯努力方程-流体力学[最新]
生活中的伯努力方程-流体力学[最新] 生活中的-流体力学生活中的白努利-流体力学 1/9 篇名 生活中的白努利-流体力学 作者 梁育绫.国立彰化女子高级中学.三年八班 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 2/9 壹?前言 能量可藉流体来作为介质,而这些能量经由此介质能转为功或潜能,以作为各 式各样的用途.自然界中与问题中有许多现象皆与流体力学(Fluid Mechanics)有关,譬如海洋与河川的流动,大气的千变万化,飞机飞翔的原理, 引水人工作的危险性所在等,而研究这些流体现象的学科便可称之为流体力 学,明确地说,流体力学的目的在於了解流体静止与运动时所发生的种种现象 及其相关的物理性力学行为,进而加以应用流体力学的原理来解决问题,造福 人类.(注1) 贰?正文 一,流体的定义 所有的物质都是以固液气三种相态其中之ㄧ存在於自然界中,而以液态或气态 形式存在的物质便是流体.流体的特徵在於它是由无数个流体分子松散地组合 而成,每个流体分子并不是固定在空间中的某一位置,而是无休止且不规则地 在空间中运动,且流体分子在运动过程中经常与其他分子碰撞,藉以交换能 量,流体分子的能量愈高,运动愈剧烈,则碰撞次数愈多. 二,静止液体的压力 压力(P)的定义是单位面积所受的力,因此谈压力前先要确定所谈受力的面积为 何 所谓的面积不会是数学上的一个点,而是一个很小体积的面,至於怎样 算很小,对於液体的压力而言,比日常生活尺度小千万倍以下都可说很小,但 是这些小体积对於水分子而言却是非常大的体积,例如取液体中,长宽高均为 10-7m 的一个小体积,可是该体积内至少还有102× 102×102 =106 个水分子对该正 立方体的六个表面随时进出与碰撞,取其中一个面,用面上水分子碰撞动量变 化的力除以面积便是压力的大小,而当水是静止的情况下,表示该体积上下/ 前后/左右各方向所受合力需为零,也就是左压力与右压力需抵销,否则该体 积会移动(液体会流动直到达成平衡)因此液体中任一点(其实是任一个小体积) 各方向压力都一样. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 3/9 三,大气压力 01.定义:每单位面积所承受的大气重 P=N(气体分子个数)×mg/A(单位面积) 02. 1atm= 1大气压= 76cm-Hg 为纬度45?的海平面,0?时的大气压力 03.换算 1atm=76 cm-Hg =760mm-Hg =101300N/m =1013000dyne/cm =1.013bar =1013mb =101300pa =1013hp =760torr 四,白努利定理 白努利原理是由瑞士科学家兼数学家-白努利,在十八世纪所提出的.1726年, 经过无数次的实验后,他发现了当流体的速度加快时,物体与流体接触的界面 上的压力会减小,反之压力会增加,下图以飞机的机翼为例,由於翼面的形状, 加速时上方的空气会比下方的空气快,因此,上方的压力会比下方的压力小, 压力上小下大的结果, 於是机翼就被往上推去形成了一股使飞机浮升的升 力,这一发现被称为「白努利效应」除了气体外,白努利效应也可以适用其他 一切流体. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 4/9 五,生活应用 01.飞机 讨论到飞机为何会飞时,可以用白努利原理去解释,假设气流绝大多数都是沿 水平方向移动,没有上下流动.机翼上方有一拱起物,令上方空气有一个较长 距离的运动(图1-4)因机翼上下方靠近机翼处流量必须一样(若不一样则无法达 成动态平衡)所以距离长者速度必须等比例增加才能维持通过的流量一样,从 而令其速度提升,形成压力差,使机翼产生向上的升力使飞机上升.(注2) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 5/9 02. 船吸现象 划船时,会以为能和另一艘船的朋友 并行,能一起聊天,但是没想到不管 怎麼划,两船都是会莫名其妙靠在一 起,难道不是毫无影响的向前吗 因 为两船平行前进时,两船内侧的水流 较快,压力较小,相对两船外侧的水 流较慢,压力较大,故外测水流会将 两船往内压,造成两船靠在一起,像 当你骑脚踏车时,如果有公车或卡车 从旁急速驶过,你会感到有一股力量将你推向卡车,公车的方向也是相同的道 理,或像是火车进站时,不能靠太近,不只是因为怕你主动去撞火车,而是火 车高速进站时,你和火车之间的空气,和你背后的空气比起来,是相对流速较 大,所以压力较小,造成火车像是有吸力般将你吸过去,有人测过,在火车以 每小时50公里的速度前进时,竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车,同 样道理,当刮风时,屋上的空气流动得很快,而屋面下的空气几乎是不流动的, 这时屋面下空气的压力大於屋面上的气压,要是风越大,则屋面上下的压力差 也越大,一旦风速超过一定值,这个压力差就会掀起屋顶的茅草,如诗人杜甫 茅屋为秋风所破歌所说的那样"八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅". 03.喷雾剂 当压缩空气朝A点喷去,A点附近的空 气速度增大压力减小,B点的大气压力 就把液体压到出口,刚好被压缩空气喷 出成雾状.如附有喷球的香水瓶.杀虫剂. (注2) 04.水翼艇 水翼艇是一种在艇体装有水翼的高速舰艇,通常水翼艇能以93公里/小时的 速度持续航行,最高航速可达110公里/小时,水翼艇之所以速度麼快,关键 是能在水上飞行,它的飞行,全靠它那副特有的水翼,水翼的上下表面水流速 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 6/9 不同,这就在水翼的表面造成了上 下的压力差,於是在水翼上就产生 了一个向上的举力,当水翼艇开足 马力到达一定的速度时,水翼产生 的举力开始大於艇体的重力,把艇 体托出水面,使艇体与水面保持一 定的距离,减小了舰艇在水中的航 行阻力,便可以以高航速航行. 05.足球之香蕉球 足球比赛的前场直接任意球通常是防守方在球门前组成一道"人墙",挡住进 球路线,进攻方的主罚队员,起脚一记劲射,球绕过了"人墙",眼看要偏离 球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,这就是神奇的 "香蕉球". 为什麼足球会在空中沿弧线飞行呢 因为罚"香蕉球"的时 候,运动员并不是踢足球的中心,而是稍稍偏向一侧,使球在空气中前进时不 断地旋转,这时,一方面空气迎著球向后流动,另一方面,由於空气与球之间 的摩擦,球周围的空气又会被带著一起旋转.这样,球一侧空气的流动速度加 快,而另一侧空气的流动速度减慢,於是足球在压力的作用下,被迫向空气流 速大的一侧转弯了. 06.棒球之变化球 如图 (?),左边的球并未旋转,因此,球上方与下方的流速相同,上下压力自 然相同,而右边的球就不同了,当球逆时针旋转时,球上方的空气流速因旋转 而加快,压力变小,球下方空气流速变慢,压力变大,上下压力不均衡,压力 大的往压力小的方向挤压,故球会受到一向上的力,使之往上飘.(注3)(注 4) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 7/9 07.雨伞 平常下雨撑伞时,若刮起一阵风,常可感受到雨伞似乎想要飞到天上似的一直 往上升,最常发生的便是雨伞因承受不住而开花,如上图,因雨伞本身即有圆 弧面,造成上方路径长,下方路径短,经由白努利的作用便造成一股升力,撑 雨伞的人便可以经由伞柄感觉其升力的大小. 08.制造细粉 一般要制造细粉形态的物质时,通常是将要做成粉状的物质溶在溶剂中,在其 容器的开口处加上很细的出口装置,当以高速的热空气在其出口处吹过时,则 因白努利原理,出口处的压力迅速降低,使溶液由出口处喷出,而热气流随即 将受强风吹成雾状的小液滴蒸乾,即成极细的粉末. 09.日常生活住家中流体力学之运用 自来水供水系统,天然气供气系统,大楼的空调系统,排烟系统,居家的冷气, 风扇,吹风机,吸尘器...... . PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 8/9 六,简便的白努利实验 01. 乒乓球 当乒乓球受到吹风机的强风往上吹时,吹口上的乒乓球不但没有被吹走,反而 可以保持在一定的高度悬浮在吹口处,不落下也不被吹走.这是因为吹风机吹 出的强风正好在球体的下方,使球的正下方因气体流速最大而气压降低,故使 乒乓球受到向吹风机吹口处移动的力,此力和由吹风机吹出的风作用於球体上 往外推的作用力相互抵消时,球体即可在一定的高度处悬浮. 02. 在两轻球间吹气 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 生活中的白努利-流体力学 9/9 03.在摺过的纸张中央吹气 参?结论 了解到飞机为什麼会飞,何谓船吸现象,喷雾剂的原理,水翼艇的应用原理, 香蕉球,变化球,雨伞的升力,工业上制造细粉的原理以及日常生活住家中流 体力学之运用后便可发现流体力学在我们的生活中真的是无所不在,无论是在 家中喷杀虫剂,吹电风扇,使用空调系统,出门喷个香水,搭乘飞机,搭火车, 划船,出外做各式各样的运动,处处皆是白努利的影子,流体力学的应用,尤 其是下雨天撑伞的实际体验更能使我们真切地感受到白努力原理在生活中的 实际现象. 肆?引注资料
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