力学原来这么有趣
作者: ${content.author} 时间:2024-07-18 浏览量:10,164嘿,亲爱的求知者们,今天我来给你们讲讲关于流体力学那些事!飞机为什么能飞上天?坐地铁为什么要站在安全线以外?台风为什么能掀翻屋顶?这些看似复杂的问题,其实都可以用5个字解释:伯努利原理!
我们可以通过展品“龙卷风”来了解。大家看,按下启动按钮,展品底部开始制造雾气,并在工业风机和侧风作用的驱使下,对底层空气造成巨大的扰动。同时,顶部的排气扇不断排出空气,在上部造成了低压区,底部空气急剧上升,雾气的运动轨迹逐渐呈螺旋上升并最终被吸入顶部的排气扇。如此往复,便形成了观众眼中所见的龙卷风形态。
龙卷风的破坏力极大的原因在于其内部气流运动极快,根据伯努利原理,流速快气压低,从而产生了的强大吸力,能够轻易将地面上的物体吸起并卷入漩涡中。
看向这两张永远吹不开的A4纸,中间缝隙气流流速快造成了低压区,两边空气快速补充,将纸张向内压。这就是了不起的伯努利原理的简单示范。
就像这件展项“球吸”,按动按钮后,空气从鼓风管中排出,瞄准球之间的间隙排出气流。两个球没有被彼此吹开,而是在气流的作用下被相互吸引。我们可以通过球后面的液晶查看显示槽里的气压值,当气流快速流过时,两个球中间气压明显降低,两边空气快速补充。
1726年,瑞士科学家丹尼尔·伯努利首先提出:“在水流或气流里,如果速度小,压强就大;如果速度大,压强就小”。我们称之为“伯努利原理”。
伯努利原理是流体力学的重要组成部分。而丹尼尔·伯努利本人也是流体力学的创始人之一。他提出了著名的伯努利方程,用于研究流体力学。流体力学是研究液体和气体运动的科学。
通过“液态万千”的展品,我们可以观察进一步了解流体力学的一些知识。大家看,当带有气泡的水流从水箱经过水泵抽至竖立水流通道,流过整流板,障碍组件回到水箱。我们仔细观察水流经过障碍物之后的流态,流场中流体对不同形状的障碍物绕流时所形成的流线是不同的,其会随着固体边界的改变而发生变化。主要有绕流、层流、紊流和漩涡几种流体形态。
层流是指流体层次分明、平滑流动的状态,而湍流则是混乱、无序的流动状态。这两种状态的形成与流体的速度、粘度以及流经的管道形状有关。想象一下,当你慢慢倒水进入杯子时,水面是平静的,这就是层流;但如果你快速倒入,水面会突然变得非常混乱,这就是湍流。在自然界中,湍流常常与能量的快速散播和消耗相关联,龙卷风的破坏力就是一种典型的湍流。
伯努利从经典力学的能量守恒出发,研究供水管道中水的流动,精心地安排了实验并加以分析,得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。伯努利方程的建立,是流体动力学作为一个分支学科建立的标志。
通过今天的讲解,相信大家对流体力学有了更全面的认识。从龙卷风的威力到日常生活中的小事,流体力学都在其中扮演着重要的角色。希望今天的分享能够让你们对这个世界有更加深刻的理解,你会以全新的眼光去看待它。
谢谢大家,我们下次见!