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

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-08-23
流体静力学方程式有几种表达形式

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

浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重力.这个合力称为浮力.这就是著名的“阿基米德定律”(Archimedes'principle).该定律是公元前200年以前古希腊学者阿基米德(Archimedes,287-212BC)所发现的,又称阿基米德原理.浮力的大小可用下式计算:F浮=ρ液(气)gV排.液体和气体对浸在其中的物体有向上的托力,物理学中把这个托力叫做浮力.漂浮于流体表面或浸没于流体之中的物体,受到各方向流体静压力的向上合力.其大小等于被物体排开流体的重力.例如石块的重力大于其同体积水的重量,则下沉到水底.木料或船体的重力等于其浸入水中部分所排开的水重,所以浮于水面.气球的重量比它同体积空气的重力小,即浮力大于重力,所以会上升.这种浸在水中或空气中,受到水或空气将物体向上托的力叫“浮力”.例如,从井里提一桶水,在未离开水面之前比离开水面之后要轻些,这是因为桶受到水的浮力.不仅是水,例如酒精、煤油或水银等所有的液体,对浸在它里面的物体都有浮力.产生浮力的原因,可用浸没在液体内的正立方体的物体来分析.该物体系全浸之物体,受到四面八方液体的压力,而且是随深度的增加而增大的.所以这个正立方体的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力.因为作用在左右两个侧面上的力由于两侧面相对应,而且面积大小相等,又处于液体中相同的深度,所以两侧面上受到的压力大小相等,方向相反,两力彼此平衡.同理,作用在前后两个侧面上的压力也彼此平衡.但是上下两个面因为在液体中的深度不相同,所以受到的压强也不相等.上面的压强小,下面受到的压强大,下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力.液体对物体这个压力差,就是液体对物体的浮力.这个力等于被物体所排开的液体的重量.当一个浮体的顶部界面接触不到液体时,则只有作用在底部界面向上的压力才会产生浮力.至于一个位于容器底面上的物体,并和容器底面密切接触,那它就只能受到向下作用于物体表面的液体压力下,所以这个物体不受浮力作用,这种现象并不多,因为只要其间有一层很薄的液膜,就能传递压强,底面就有向上的压力,物体上下表面有了压力差,物体就会受到浮力.浮力公式的推算F浮=F下表面-F上表面=F向上-F向下=P向上?S-P向下?S=ρ液?g?H?S-ρ液?g?h?S=ρ液?g?(H-h)?S=ρ液?g?△h?S=ρ液?g?V排=m排液?g=G排液当物体悬浮在液体上时(当未受外力时),F浮=G物