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生活中的伯努力方程-流体力学

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生活中的伯努力方程-流体力学生活中的伯努力方程-流体力学 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 ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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:,,,,, M...
生活中的伯努力方程-流体力学
生活中的伯努力方程-流体力学 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 ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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 中 有许多现象 皆与流体力 学:,,,,, Mech, nics)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 小体积的表 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. ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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,, ?的海平面,0?时的大气压 力 03.换算 ,,,,,,, ;,-,, ,,,,,, -,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,, 00,,, e/cm ,,,,,,,, , ,,,,,, , ,,,,,, ,,, ,,,,,, , ,,,,,; rr 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. ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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) ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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,, 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 ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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) ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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...... . ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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 ,,, ;,,,, ,, ,,,, ,,,,, ;,;,, ,,,,, ,,,,, ;, ,,,,,,,,, ;,;,, .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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