物体在流体中所受浮力的原因是什么 试用流体静力学原理来说明
你好, 静止流体不能承受剪应力,因而流体作用于边界面元上的力必须与这些面元垂直。考虑流体内部的一个小体积元,其上、下面积为dA,高为dz(见图2),
图2 作用在流体基元上铅垂力的隔离体图
则体积元下面的作用力为pdA,上面的作用力为
由平衡条件可得:
dp=-γdz=-ρgdz (1)
式中γ为流体比重;ρ为流体密度;g为重力加速度。对于液体,ρ基本上是常数,积分上式可得:
p=p0+ρgh
式中p为液体内部某点的压力;h为该点距液体自由表面的深度;p0为自由表面上的压力。用此公式可计算各种液体在不同深度处的压力。
对于气体,为了积分方程(1),必须给出ρ随压力或高度的变化。在对流层中,温度随高度线性下降,即
T=T0-βz,式中T0为地球表面z=0处的热力学温度;β为比例常数。大气的压力p与密度ρ之间服从状态方程,式中R=287.14米/(秒·开),为气体常数。
故有:
(2)
积分式(2)可得出大气中任意高度z处的压力和密度的公式:
式中p0、ρ0为z=0处的压力及密度值。在同温层中,式(1)给出下述压力、密度随高度的变化关系:
式中p0和γ0是p与γ在高度z0处的值。
研究的基本问题
流体静力学主要研究下列基本问题:
静止液体内的压力(压强)分布,压力对器壁的作用,分布在平面或曲面上的压力的合力及其作用点,物体受到的浮力和浮力的作用点,浮体的稳定性以及静止气体的压力分布、密度分布和温度分布等。
从广义上说,流体静力学还包括流体处于相对静止的情形,例如盛有液体的容器绕一垂直轴线做匀速旋转时的自由表面为旋转抛物面就是一例。希望能帮到你。
一、适用情况不同
1、阿基米德原理:适用于全部或部分浸入静止流体的物体,要求物体下表面必须与流体接触。
2、沉浮条件:物体所受浮力与重力的大小的不同,物体的浮沉存在三种情况。
二、不适用情况
1、阿基米德原理:物体的下表面并未全部同流体接触,例如,被水浸没的桥墩、插入海底的沉船、打入湖底的桩子等,在这类情况下,此时水的作用力并不等于原理中所规定的力。
2、沉浮条件:浸没在液体中的物体如果它的密度小于液体密度,物体上浮;如果它的密度等于液体的密度,物体悬浮;如果它的密度大于液体的密度,物体下沉。
三、应用不同
1、阿基米德原理:水相对于物体有明显的流动,此原理也不适用(见伯努利方程)。鱼在水中游动,由于周围的水受到扰动,用阿基米德原理算出的力只是部分值。
2、沉浮条件:在用盐水选种时,把漂浮的种子清除掉,保留下沉的饱满种子。
参考资料来源:百度百科-阿基米德定律
参考资料来源:百度百科-浮沉条件