流體的定義及流體力學(xué)的任務(wù)
自然界中的物質(zhì)通常以三種狀態(tài)存在:固體、液體和氣體。這三種物質(zhì)分子之間的結(jié)構(gòu)是不相同的。反映在宏觀上,固體能保持其固定的形狀和體積;液體有固定的體積,無(wú)固定的形狀;氣體則無(wú)固定的形狀和體積。由于液體和氣體具有無(wú)固定形狀、能流動(dòng)的共同特點(diǎn),通常稱為流體。流體與固體的主要區(qū)別在變形方面。在外力的作用下,固體雖然會(huì)發(fā)生微小變形,但只要不超出彈性限度,在去掉外力后,固體的變形可以消失。而流體在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),只能承受壓力,不能承受切力。哪怕所承受的切力再微小,只要時(shí)間足夠長(zhǎng),原先處于靜止的流體將發(fā)生變形并流動(dòng)。流體一般也不能承受拉力。這種特性就是流體的易流動(dòng)性。從嚴(yán)格意義上說(shuō),只有具有易流動(dòng)性特性的物質(zhì)可以定義為流體。因此,除了液體和氣體為流體外,等離子體、熔化的金屬也屬于流體。
流體和固體所具有上述不同的特性,是因?yàn)槠鋬?nèi)部的分子結(jié)構(gòu)和分子之間的作用力不同而造成的。一般來(lái)說(shuō)流體的分子間距比固體的分子間距大得多,流體分子之間的作用力相對(duì)固體要小得多,流體的分子運(yùn)動(dòng)比固體較為劇烈,因此流體就具有易流動(dòng)性,也不能保持其一定的形狀。液體與氣體的差別是氣體比液體更易壓縮。
流體力學(xué)是研究流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)及其在工程實(shí)際中應(yīng)用的一門學(xué)科。流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支,其研究對(duì)象是包括液體和氣體在內(nèi)的流體。流體力學(xué)的任務(wù)是使用實(shí)驗(yàn)和理論分析的方法研究流體處于平衡狀態(tài)時(shí)的規(guī)律和流體在做機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)的規(guī)律,并將這些規(guī)律用于工程實(shí)際。和物理學(xué)的研究不同的是,流體力學(xué)主要是研究流體的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng),流體的一些微觀特性僅僅以相關(guān)參數(shù)的形式所體現(xiàn)。流體力學(xué)主要建立在數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)和熱力學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上,運(yùn)用物理學(xué)和理論力學(xué)中的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒等基本規(guī)律來(lái)研究流體流動(dòng),以及從能量的轉(zhuǎn)換、熱量和異質(zhì)的擴(kuò)散等方面探討流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)。
隨著人類科技水平的進(jìn)步,流體力學(xué)也在快速發(fā)展。借助于各種科學(xué)手段,隱藏在復(fù)雜流動(dòng)圖像背后的流體力學(xué)規(guī)律被人們逐步認(rèn)識(shí)和掌握,并將其運(yùn)用于解決生產(chǎn)、科研和生活中各種與流體流動(dòng)有關(guān)的問(wèn)題。
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