从静液压强的形成解读阿基米德原理和帕斯卡定律

液体(包括气体)发生挤压而产生压强,重力是使之发生挤压的一种因素,但不唯一,表面力也是一种因素.压强差公式p2-p1=ρgh全面体现了压强形成的这两种因素,对静液普遍适用.表面外力使液体压强"分布均匀,处处大小相等,且与外力作用在表面上的压强大小相等".这正是帕斯卡定律的实质所在.重力作用使液体压强竖直分布不均,这正是浮力存在和阿基米德原理成立的根源所在.     

验证液体压强公式的实验

初中学生受压强定义、产生原因和直觉导向的定势思维习惯的影响,对p=ρgh往往难以致信。因此在初中物理教学中有必要做好液体压强公式验证实验。笔者根据帕斯卡于1648年表演的著名实验原理,设计制作的液体压强公式验证装置如下图所示:     

指针式液体压强公式验证器

液体压强公式为p=ρgh。从液体压强公式可以看出,液体的压强只跟深度和密度有关系,跟液体的重量、体积无关。为了验证这个公式,笔者制作了一个简单而又有说服力的液体压强公式验证器。制作与演示方法取一个20毫升左右的注射器固定在钉成L形的木架上。     

弯液面处的附加压强

由实验可知,在弯液面处存在着附加压强.那么,弯液面处附加压强的规律是什么,它在实际问题中又如何应用呢? 对于平液面,根据静止液体内部的压强公式P=p0+ρgn,式中凡为平液面外的压强,ρ为液体的密度,g为重力加速度,h为液体内部某点的深度,在h→0处,即平液面处,则△p=p-p0→0,这说明压强在平液面处是连续变化的. 对于弯液面,在h→0处,△p=p-p0≠0.通常将弯液面处△p=p-p0称为附加压强,它是由于液体的表面张力产生的.其大小由液体的表面张力系数和液面的弯曲程度决定.这说明压强在弯液面处是不连续变化的.对于给定液体,其附加压强的大小就仅…     

流体中声速的计算方法

由流体中纵波波速 C=(B/ρ)~(1/2)导得计算声速的基本公式 C=(((?)p/(?)ρ)_S)~(1/2)后,着重讨论了式中压强 p 不显合熵 S 时声速的计算方法.其结果对流体有普遍意义,特别是对难以得到解析的等熵方程式的尤有实用价值. 波速 C 与波长λ、颇率 v(或周期 T)称为描述波动特征的三个基本物理量.在波动部分的教学中,既要深入讲清波速的物理内涵,从加强应用的角度出发还要使学生会计算波速.从计算方法讲,一是用公式 C=λv=λ/T;二式是用公式 C=(B/ρ)~(1/2).前者适用于各种波,后者仅限流体中的弹性机械纵波.     

负压强机制的格子玻尔兹曼方法研究

采用格子玻尔兹曼方法(LBM)研究了气液相变动态演化过程,并揭示气液混合体系中负压强的产生机理.本文采用多相流模拟中的单-陈模型(Shan-Chen模型)研究相变问题,该模型通过一个伪势来表示不同相之间的相互作用,从而控制不同相的分离,结合粒子间的相互作用力可得到一个能够描述非理想气体的状态方程,通过研究此状态方程,确定了发生相变和产生负压强的临界条件.再结合LBM,对相变和负压强现象进行数值模拟,并在气液混合体系中对拉普拉斯定律进行了验证.从模拟结果中发现,当液滴与周围气体处于力平衡和热平衡时,液滴内外压强差与其半径之间的关系满足拉普拉斯定律;另外,在气液交界面处会产生负压强,为使得理论解释与数值模拟结果相符,对于此处负压强的起源问题,我们采用同样能够描述非理想气体的范德瓦尔斯方程结合分子动力学的方法,导出内压强的变化会导致负压强的出现,并通过解释内压强的产生原因,从而进一步了解了负压强产生的微观机制.     

流体力学中的总流伯努利方程

文章从宏观上分析流体的平衡和运动规律,着重阐述流体力学中理想流体和压强的概念以及静止流体内压强的分布规律.文章介绍了流体的定常运动及流线、流量和总流的概念,给出了连续性方程,并在此基础上推导了理想流体定常运动的总流伯努利方程.结合工程实际问题,文章还介绍了实际流体的定常流动的总流伯努利方程.     

顶角耦合的密度依赖对核物质汽液相变的影响

通过Furnstahl,Serot和Tang模型,在引入核子-核子-ρ介子(NNρ)耦合强度对密度的依赖关系的条件下研究了核物质的汽液相变.证明存在一个极限压强P_lim,当压强P>P_lim时,不可能两相共存,即不可能发生汽液相变.     

容器底压强如何变化

问题 :容器中盛有部分液体 ,当其温度升高发生膨胀时 ,容器所受压强将如何变化 ?下面分几种情况分析 :一、当容器为圆柱形时 ,如图 1所示 .设容器中盛有质量为ｍ的液体 ,深为ｈ ,底面积为Ｓ .则液体密度为 :ρ1=ｍＳ·ｈ容器底所受压强为ｐ1=ρ1·ｇ·ｈ =ｍ·ｇＳ液体受热膨胀     

用改进的基因算法求大气压强公式

提出了一种利用改进的基因算法求大气压强精确公式的参数反演识别方法,运用基因算法反演求出由多态方程推导所得大气压强公式中的大气比热比γ,从而得到大气压强精确计算公式,并与有关文献给出的大气压强公式进行比较。结果表明,用基因算法所确定的大气压强公式所得计算值与实测值更加吻合,说明基因算法在反演问题中具有很高的应用价值,同时经数据分析得出改进基因算法比传统基因算法精度高,速度快。     

弯曲液面上方的饱和蒸汽压公式

为了证明饱和蒸汽压的大小与液面的形状有密切的关系,现行的教科书①都利用如图(1)所示的装置(即在一个盛有一定量的液体并在其中插一根毛细管的密闭容器)来征明.其推导过程如下. 设A、C两点的压强不同,根据流体坛强公式有式中ρ0为饱和蒸汽的密度,h为A、C两点的高差(即液体在毛细管中上升的高度)。根据毛细现象公式有式中为毛细管的半径,θ为接触角(在完全润湿的情况下θ=0),a为液面的表面张力系数,ρ为液体的密度,R为弯曲液面的曲率半径.把式(2)代入式(1)得 在上述推导过程中所引用的公式(2),是在未考虑饱和蒸汽压的影响下,即在凡PA=P…     

基因算法在参数反演问题中的应用研究

提出了一种利用改进的基因算法求大气压强精确公式的参数反演方法。运用基因算法反演求出由多态方程推导大气压强公式中的大气比热比γ ,从而得到大气压强精确计算公式 ,并与文献给出的大气压强公式进行比较。结果表明 ,用基因算法所确定的大气压强公式所得计算值与实测值更加吻合 ,说明基因算法在反演问题中具有很高的应用价值。同时经数据分析得出改进基因算法比传统基因算法精度高、速度快。     

固体热膨胀系数与压强关系的一个近似公式

 假定Anderson-Grüneisen参量δ_T(T, p)=δ_T(T, 0),利用改造的Tait方程,导出了固体热膨胀系数与压强关系的一个近似公式。应用于NaCl晶体,在压强为0～1 GPa、温度为300～800 K范围内,热膨胀系数的计算值与实验值一致。     

对气体等温气压公式的修正

用理想气体的多方过程方程取代等温过程方程，推导出气体处于多方平衡过程时的气压公式，该公式是对气体等温气压公式的一种很好的修正．对多方指数”等于1，1．1，1．2，1．3，1．4等5种不同情况分别给出了大气压强随高度的变化曲线．此外还讨论了考虑到重力加速度随离地面高度的变化后对气压公式的修正．     

气泡碰壁受力模型和反弹规律

对Mo=10-8~10-12及Re=5~750范围内的上升气泡与壁面垂直碰撞问题进行了理论求解，研究了不同控制参数下气泡碰壁反弹的规律.气泡上升和碰撞过程的运动方程考虑了浮力、液体阻力、附加质量力和与壁面碰撞时引起的薄膜诱导力.气泡碰壁过程气泡界面与壁面形成的液膜厚度变化规律由Stokes-Reynolds方程计算得到.膜内气泡变形引起的流体压强采用Young-Laplace方程求解.结果表明，基于SRYL方程的薄膜诱导力模型可以很好地预测不同Reynolds数下气泡0到多次的反弹轨迹，计算结果与实验结果吻合良好.气泡在碰壁反弹过程中会形成丰富的薄膜形状，如酒窝状变形，丘疹状变形和涟漪状变形.气泡界面变形会引起膜内压强的变化，压强的分布规律与气泡界面形状有着重要的关系.气泡在与壁面碰撞的过程中，薄膜诱导力会起主导作用，且随着Reynolds数的增加薄膜诱导力最大量级增大.气泡碰撞壁面时，反弹次数与Reynolds数有着直接的联系，不同Morton数下的气泡均在相同Reynolds数附近发生气泡反弹次数的变化.      

高温超导的压力效应研究

从修正的依赖时间的金兹堡-朗道方程出发研究高温超导体的压力效应，考虑序参量为一个复数. 在外界压力作用下，理论上获得了压强与高温超导温度的一些表达式.在一些特殊情况下，得到高温超导的临界温度T随外压强的增加而降低；在另外某些条件下高温超导的临界温度T_C随外压强的增加而增加.外部施加的压强，只有一部分反映在高温超导态. 关键词： 高温超导 压强 临界温度     

射流抛光中的流场特性研究

为了给出射流抛光系统的优化设计参数,从理论上分析了冲击射流流场的结构特点,建立了工件壁面上的速度、压强与冲击角度、射流出口速度以及冲击距离的数学关系。就不同参数对射流流场分布的影响进行了定量计算,结果表明,工件壁面上的压强和速度与出口压强和速度成线性正比关系。当冲击距离大于9.6d(d为射流喷口的直径)时,工件壁面压强和速度随冲击距离的增大而减小,冲击距离增加到15d时,壁面压强最大值减小到0.54p0(p0为射流出口处的压强)。工件壁面压强和速度随冲击角度的减小而减小,当入射角为90°、60°和45°时,分别得到壁面压强最大值ps=0.95 p0,0.74p0,0.475p0,上游速度最大值um02=0.96u0,0.8u0,0.67u0(u0为射流出口处的速度)。     

基于光电转换原理测量流体压强的微小变化

设计并制备了一种通过光电转换的方法测量流体压强微小变化的新装置.将被测量的流体压强变化量转化为弹簧的位移量,再通过硅光二极管将弹簧的位移量转变为可测量的电信号.利用胡克定律,光强与距离的关系式,以及硅光二极管的光电响应关系式推导出流体压强微小变化的关系式,通过集成运算放大电路实现装置转换成可视化读数,能满足对流体总压及其微小变化的测量.压强测量的最小精度为6 Pa,满足对流体压强微小变化测量的要求.     

非水平直圆管中黏性流体层流流量公式的推导及实验验证

通过牛顿粘滞定律和修正后的伯努利方程对非水平直圆管中黏性流体作层流运动时的流量公式进行了推导。指出将泊肃叶公式中的压强视作广义压强,则文中的推导公式与泊肃叶公式完全一致。说明泊肃叶公式可以用来求解非水平直圆管中黏性流体作层流运动时的流量。本文通过实验验证了推导公式。     

不同条件下颗粒物质的粘弹性响应

研制了能承受100 MPa压强的测量装置,并用该装置对加压下制备的紧密沙堆进行粘弹性响应测量,得球形镍颗粒沙堆在周期性竖直振荡下储能模量G′与压强p 的关系. 实验结果表明,反映沙堆整体弹性特征的储能模G′与压强p 的关系为G′~p0.45;不同形状颗粒体系的粘弹性响应行为不同.