流體表面力公式解釋
作用在流體上的力,按其物理性質(zhì)可以分為慣性力、重力、彈性力、粘滯力以及表面張力等。按其作用方式,又可以分為質(zhì)量力和表面力兩種。
2.3.1 質(zhì)量力
質(zhì)量力是作用于流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上,并與被作用的流體的質(zhì)量成比例的力。在均質(zhì)流體中,因質(zhì)量與體積成正比,則質(zhì)量力必然與流體體積成正比,所以又稱為體積力。由于質(zhì)量力無(wú)需接觸就可以同時(shí)作用于流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn),故也稱為超距力。流體力學(xué)中常遇到的質(zhì)量力有慣性力和重力。
根據(jù)質(zhì)量力的特征,可以用單位質(zhì)量流體所受的質(zhì)量力即單位質(zhì)量力來(lái)表征。設(shè)流體的質(zhì)量為m,流體所受到質(zhì)量力為F,則單位質(zhì)量力f為
式中:Fx、Fy、Fz——質(zhì)量力F的分量;
fx、fy、fz——單位質(zhì)量力f的分量,單位質(zhì)量力f的單位是m/s2,與加速度的單位相同。
2.3.2 表面力
表面力是作用于流體的表面上,并與被作用的表面面積成比例的力。這種力是由其周圍的流體或固體所施加的,并通過(guò)與接觸面直接接觸發(fā)生作用,故又稱為接觸力。表面力按其作用方向可以分解為,沿作用面法線方向的分力,稱為壓力P;沿作用面切線方向的分力,稱為切力T。由于一般認(rèn)為流體不能承受拉力,故沿法線方向的分力只有沿內(nèi)法線方向的壓力。靜止流體中不存在切力。
根據(jù)表面力是連續(xù)分布的特點(diǎn),可以用單位面積所受的表面力即應(yīng)力來(lái)表示。與壓力P和切力T相對(duì)應(yīng),有壓應(yīng)力p和切應(yīng)力τ。在被作用的表面上某點(diǎn)的壓應(yīng)力p和切應(yīng)力τ可以分別由以下兩式定義
式中ΔP、ΔT分別為作用在微小面積ΔA上的壓力和切力。圖2-3給出了作用于微小面積上的壓力。壓應(yīng)力一般稱為壓強(qiáng)。壓強(qiáng)和切應(yīng)力的單位為N/m2,即Pa。
圖3-3 作用于微小面積上的壓力
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