力學(xué)原來這么有趣
作者： ${content.author} 時(shí)間：2024-07-18 瀏覽量：15,258嘿，親愛的求知者們，今天我來給你們講講關(guān)于流體力學(xué)那些事！飛機(jī)為什么能飛上天？坐地鐵為什么要站在安全線以外？臺(tái)風(fēng)為什么能掀翻屋頂？這些看似復(fù)雜的問題，其實(shí)都可以用5個(gè)字解釋：伯努利原理！
我們可以通過展品“龍卷風(fēng)”來了解。大家看，按下啟動(dòng)按鈕，展品底部開始制造霧氣，并在工業(yè)風(fēng)機(jī)和側(cè)風(fēng)作用的驅(qū)使下，對(duì)底層空氣造成巨大的擾動(dòng)。同時(shí)，頂部的排氣扇不斷排出空氣，在上部造成了低壓區(qū)，底部空氣急劇上升，霧氣的運(yùn)動(dòng)軌跡逐漸呈螺旋上升并最終被吸入頂部的排氣扇。如此往復(fù)，便形成了觀眾眼中所見的龍卷風(fēng)形態(tài)。
龍卷風(fēng)的破壞力極大的原因在于其內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)極快，根據(jù)伯努利原理，流速快氣壓低，從而產(chǎn)生了的強(qiáng)大吸力，能夠輕易將地面上的物體吸起并卷入漩渦中。
看向這兩張永遠(yuǎn)吹不開的A4紙，中間縫隙氣流流速快造成了低壓區(qū)，兩邊空氣快速補(bǔ)充，將紙張向內(nèi)壓。這就是了不起的伯努利原理的簡(jiǎn)單示范。
就像這件展項(xiàng)“球吸”，按動(dòng)按鈕后，空氣從鼓風(fēng)管中排出，瞄準(zhǔn)球之間的間隙排出氣流。兩個(gè)球沒有被彼此吹開，而是在氣流的作用下被相互吸引。我們可以通過球后面的液晶查看顯示槽里的氣壓值，當(dāng)氣流快速流過時(shí)，兩個(gè)球中間氣壓明顯降低，兩邊空氣快速補(bǔ)充。
1726年，瑞士科學(xué)家丹尼爾·伯努利首先提出：“在水流或氣流里，如果速度小，壓強(qiáng)就大；如果速度大，壓強(qiáng)就小”。我們稱之為“伯努利原理”。
伯努利原理是流體力學(xué)的重要組成部分。而丹尼爾·伯努利本人也是流體力學(xué)的創(chuàng)始人之一。他提出了著名的伯努利方程，用于研究流體力學(xué)。流體力學(xué)是研究液體和氣體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。
通過“液態(tài)萬千”的展品，我們可以觀察進(jìn)一步了解流體力學(xué)的一些知識(shí)。大家看，當(dāng)帶有氣泡的水流從水箱經(jīng)過水泵抽至豎立水流通道，流過整流板，障礙組件回到水箱。我們仔細(xì)觀察水流經(jīng)過障礙物之后的流態(tài)，流場(chǎng)中流體對(duì)不同形狀的障礙物繞流時(shí)所形成的流線是不同的，其會(huì)隨著固體邊界的改變而發(fā)生變化。主要有繞流、層流、紊流和漩渦幾種流體形態(tài)。
層流是指流體層次分明、平滑流動(dòng)的狀態(tài)，而湍流則是混亂、無序的流動(dòng)狀態(tài)。這兩種狀態(tài)的形成與流體的速度、粘度以及流經(jīng)的管道形狀有關(guān)。想象一下，當(dāng)你慢慢倒水進(jìn)入杯子時(shí)，水面是平靜的，這就是層流；但如果你快速倒入，水面會(huì)突然變得非?；靵y，這就是湍流。在自然界中，湍流常常與能量的快速散播和消耗相關(guān)聯(lián)，龍卷風(fēng)的破壞力就是一種典型的湍流。
伯努利從經(jīng)典力學(xué)的能量守恒出發(fā)，研究供水管道中水的流動(dòng)，精心地安排了實(shí)驗(yàn)并加以分析，得到了流體定常運(yùn)動(dòng)下的流速、壓力、管道高程之間的關(guān)系——伯努利方程。伯努利方程的建立，是流體動(dòng)力學(xué)作為一個(gè)分支學(xué)科建立的標(biāo)志。
通過今天的講解，相信大家對(duì)流體力學(xué)有了更全面的認(rèn)識(shí)。從龍卷風(fēng)的威力到日常生活中的小事，流體力學(xué)都在其中扮演著重要的角色。希望今天的分享能夠讓你們對(duì)這個(gè)世界有更加深刻的理解，你會(huì)以全新的眼光去看待它。
謝謝大家，我們下次見！
