流体摩擦发生在彼此相对运动的流体层之间。这种内部流动阻力称为粘度或粘性阻力或流体摩擦。通常,流体的粘度被描述为流体的“厚度”。因此,水是“稀”的,具有较低的粘度,而蜂蜜是“浓”的,具有较高的粘度。流体的粘度越小,其变形或运动的便利性就越大。
所有的真实流体(超流体除外)都具有一定的抗剪切力,因此具有粘性。尽管术语“流体”包括液相和气相,但在通常的用法中,“流体”通常与“液体”同义使用。液体和气体称为流体,因为它们可以流动或移动。在任何流体中,分子本身都以恒定的随机运动相互碰撞,并与任何容器的壁碰撞。
分子的运动受物质自身的分子之间以及物质与另一种接触材料之间存在的两种力的支配。
以下是分子之间的两种力:
1.内聚力:内聚力是存在于同一物质分子之间的吸引力。因此,内聚力是造成粘度的主要原因。
2.粘附力:这是不同分子之间的吸引力。
物体在流体中传播时会失去能量,以克服流体摩擦。当物体随其移动时,物体的形状在增加或减小流体摩擦方面起着重要作用。
- 船舶具有特殊的形状,可以抵抗流体摩擦。
- 鸟类和飞机具有特殊的形状,可以使它们在空中飞行。
- 鱼类还具有特定的形状,例如尾巴和鳍,可以使它们在水中连续游动,甚至可以防止由于流体摩擦而造成的能量损失。
- 车辆的设计应使其在行驶过程中遇到的流体摩擦最小,以确保正确使用和运动。
- 为了避免流体摩擦,泳装被相应地设计成使流动更顺畅。
流体摩擦定律
流体摩擦定律是:
第一定律:流体摩擦随着表面与流体之间接触面积的增加而增加。
第二定律:流体摩擦随着物质速度梯度的增加而增加。
第三定律:具有较高流体摩擦系数或η(η)的流体具有较高的流体摩擦力值。
对于不同的润滑剂,这些规则也有不同的规定。它与润滑剂的温度成正比。流体摩擦的公式可以通过以下实验得出:
在给定的实验中,可以看出,移动顶板所需的力directly与面积Δ成正比,层之间的速度差Δν与板的间距Δy成反比。
即:Ϝ∽Α和Ϝ∽∆ν和Ϝ∽1∕ ∆y
这样得出方程Ϝ=ηΑ∆ν ∕ ∆y
影响流体摩擦的因素
流体对物体的摩擦力大小取决于以下因素:
1.流体性质
流体越稀薄,流体的摩擦力就越小,反之亦然。不同类型的流体提供不同程度的阻力或流经其中的物体的粘性阻力。例如,在蜂蜜中移动的物体要比在普通水中移动的物体承受更大的粘性力,因为蜂蜜的密度比水的密度大得多,因此,它对物体的流动提供了更大的阻力。
2.流体粘度
流体的粘度在确定流过它的物体的速度方面起着主要作用。流体越粘稠,则流体越稠密,因此流体内部的任何材料的运动都受到限制或对其运动产生阻力。液体越稠密,它产生的粘性阻力就越大。
3.身体形状
其他人物比流线型的身体感觉更多的阻力,流线型的开始和结束的点像鱼的形状。车辆的形状设计成减少运动过程中的接触面。无论是液体还是气体,它在更顺畅的流动中都起着重要作用。身体的形状必须与它在其中流动或运动的介质相一致,否则它会对其运动产生很大的阻力,这使这项工作非常耗时。因此,为了减少这种情况,大多数物体具有流线型的形状。这确保了在接触的开始和结束时接触表面最小,因此流体摩擦最小。
4.温度
所有气体的流体摩擦都随着温度的升高而增加,因为气体的流体摩擦与绝对温度的平方根成正比。 (该结果是从气体动力学理论获得的)。
液体和其他物质的流体摩擦力也随着温度的升高而成比例地增加。
5.身体表面积
身体的表面越多,流体的摩擦力就越大。例如,水平移动的物体比垂直移动的物体更容易穿透液体。对于具有大表面积的物体,流体摩擦相应地增加,因此其运动或流动变得困难。
6.身体的速度
摩擦力和速度成正比。随着速度的增加,流体的摩擦或阻力也成比例地增加。例如:一架以最高时速1000公里/小时飞行的飞机。与以600 km / hr的速度飞行的另一架类似飞机相比,它将面临更大的摩擦力或空气阻力。或者,高速船比缓慢移动的鱼受到的流体摩擦要小。
7.对身体的压力
流体摩擦力随身体压力的增加而成比例地增加。随着压力的增加,分子变得难以从一个位置行进到另一位置并且也难以越过层。因此,对流体的流动存在巨大的阻力。
什么是粘性阻力?
流体施加在运动物体上的阻力称为粘性阻力。落入粘性流体中的物体的粘性阻力的速度等于作用在该物体上的其他力(例如重力),因此该物体的加速度为零。每个人都看到了流体的流动。从倒一杯水到看着枫糖浆朝薄煎饼的边缘蔓延。粘度是流体在施加的力下流动的固有阻力。
通过下图,我们对粘性阻力和粘性进行更详细的技术说明:
让我们再次回到枫糖浆,并假装将其冷冻成薄片,将它们一层又一层地堆叠在一起。
图1:显示了这些层,并在冷冻糖浆的顶部平板上施加了力F。
由于施加的力作用在顶层上,因此我们期望顶层被推出吗?
顶层和第二层之间的摩擦会拖累第二层。这将继续向下穿过平板的各层,每个平板向底部的移动都小于其上方的层。
图2:显示了这种效果。
基于流体摩擦的样本问题
问题1:船和飞机的形状是流线型的。为什么?
回答:
A shape which is wide in middle and tapered at ends is called a streamlined shape. Such a shape reduces drag or fluid friction.
Hence, a streamlined body can easily move through a fluid. Birds and fish are naturally endowed with streamlined body. Boats and airplanes are also made streamlined so that they can easily move through air or water.
问题2:为什么要简化船,飞机,汽车等的车身?
回答:
For objects that move in fluids such as boats, planes, cars, etc.
The shape of their body is streamlined in order to reduce the friction between the bodies of the objects as the fluid.
问题3:如何在粘性拖曳的帮助下使用降落伞平稳降落?
回答:
When a parachute is just opened, the velocity is down and the acceleration is up. Your speed decreases as a result, which is the whole point behind the parachute.
Speed decreases, so drag decreases. Drag decreases, so the net force decreases.
问题4:精简机构的优势是什么?
回答:
Streamlining your body reduces the friction of movement to a minimum thus decreasing overall drag.
For fishes having a streamlined body that is smooth helps save energy it would otherwise have to expend swimming.
问题5:什么是层流?
回答:
Laminar flow, type of fluid (gas or liquid) flow in which the fluid travels smoothly or in regular paths, in contrast to turbulent flow, in which the fluid undergoes irregular Fluctuations and mixing.
问题6:以下哪项陈述不正确?
(a)摩擦作用于沿地面滚动的球
(b)摩擦作用于在水上行驶的船上
(c)摩擦作用于在平坦道路上行驶的自行车
(d)摩擦不作用于在空中移动的球
回答:
(d) Friction will act in case of ball moving through air always.
问题7:如果将摩擦力设为6N,将eta(????)设为0.25,且横截面积为100m 2,那么速度梯度是多少?
解决方案:
Velocity gradient is 0.25
问题8:如果流体摩擦系数为0.25,从其余部分开始,流体流动的速度为2m / s,并且横截面积为50m 2 ,则确定流体的摩擦力。
解决方案:
问题9:如果给定F为3N且横截面积为10m 2,并且给定的速度梯度为0.3 / s,则确定流体摩擦系数。
解决方案:
We know,
Coefficient of fluid friction is 1.