流体的一些性质VIP专享VIP免费

流体的一些性质流体的很多性质与固体中的定义相通的，比如密度、压力、温度等。但也有其独特的属性，这里最典型的就是区分流体和固体的力学特性一一粘性。此外，液体有表面张力、气体具有易压缩性，这些都是流体特有的属性。流体的粘性当流体收到外界的剪切力作用的时候，它会不断地变形下去，在这种连续的剪切变形作用下的流体内部会产生剪切应力，这种性质称为流体的粘性。我们通常见到的液体和气体都有粘性，只有超流体可以认为是没有粘性的。我们都知道蜂蜜的粘性要远大于水的粘性，现在来分析一下决定流体粘性力大小的因素。仍然用固体之间的摩擦力做类比，对于沿斜面下滑的方块而言，摩擦力等于摩擦系数与它们相互挤压的力的乘积。摩擦系数体现了两个物体的分子作用力大小及它们相接触的表面的粗糙程度，这比较容易理解。但摩擦力为什么和挤压力呈正比呢？毕竟挤压力与摩擦力是垂直关系，应该没有沿摩擦力方向的分量才对。原因是这样：挤压力越大，则两物体的接触面积就越大，这个接触面积与挤压力之间基本上是线性关系，因此摩擦力也与挤压力呈正比。如果是分子级别光滑的两个物体相接触，则摩擦力就基本上与挤压力无关了。固体的动摩擦系数与静摩擦系数一般并不相等，因为它们的产生机理不完全相同。静摩擦完全是力的平衡，而动摩擦则还包含动能向内能的转化过程。当两个固体靠在一起并相对滑动时，在摩擦面上不但发生跟静摩擦时类似的力的作用还会发生两物体分子之间的键不断地被打破，同时又不断形成新的键，并且还伴随着分子和分子团从原物体上脱落等过程。这些过程中会伴随着分子振动能量的变化以及分子运动方向性的混乱，所以摩擦过程一定是产生热量的。图显示了接触面上发生的种典型的现象。图1-4固体动摩擦力的微观解释顶撞（两物体间的斥分手（两物体间的引破坏（相同物体的引从上一节的分析我们知道，当流体与固体相接触时，紧挨着固体的流体分子会被吸附在固体上随之运动。因此，所谓流体与固体之间的摩擦力其实也就是流体之间的摩擦力。这也就是一般书籍中并不特别区分流体内部的摩擦力和流体与固体之间的摩擦力的原因。液体与固体的接触是分子级别的全面接触，因此摩擦力应该与挤压力无关。这个挤压力就是指流体内部的压力（本书中若非特别强调，压力都是指压强即单位面积上的压力），这可以解释为什么液体的粘性力大小基本与压力无关。但流体的粘性力大小与温度却有着极大的关系，我们都知道凉的糖浆较粘稠，加热后粘性降低，一般对于液体来说温度越高粘性力越小。气体的粘性力较小，生活中一般较难察觉，但精密的实验已经证实，与液体相反，对于气体来说温度越高粘性力越大。液体和气体粘性的这些特性与产生粘性的物理本质是直接相关的,既然这两者不同，就应该分别加以分析。对于液体而言，如果两层之间的运动速度不同，上层速度快的分子在扫过下层速度慢的分子时，会通过吸引力和排斥力带动下层运动。这种运动包含了平动和传动，下层分子平动速度的增加相当于是从上层获得了额外的动能，而下层分子转动速度的增加相当于是将一部分从上层分子获得的动能转化成内能了。这个过程中分子的动量会减小，下层分子的动量会增加，动量传递靠的就是两层之间的摩擦力作用。这个摩擦力对于包含上下层分子的整个体系来说是内力，所以总的动量应该是守恒的。图显示了上层液体比下层液体速度快时，对下层分子的拖动作用。上面讨论的由分子力引起摩擦力的作用与固体有些类似，实际上对与液体摩擦力来说还有一个不同于固体的作用，那就是液体分子并不会安分地分层流动而是会相互扩散。也就是说各层的分子会有与运动方向垂直的横向运动上层的分子会跑到下层去，下层的分子也会跑到上层去。这样，上层的分子进入下层后就会推动下层的分子运动得快一些，而下层的分子跑到上层后会拖累上层分子使之速度减慢。这种作用也可以解释为两层之间的动量传递，既然是沿运动方向的动量传递，就有沿这个方向的力，这个力就是摩擦力。对于做层流运动的液体而言，这个作用远小于前述的分子吸引力和排斥力的作用，因此经常可以忽略，而认为液体的粘性就是由分子力造成的，其中吸引力经常是主要...