流體就是可以流動的物體,比如氣體、液體以及顆粒狀的固體(沙子、小石子、糧食顆粒等等)。
1. 流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
如圖1所示,將水平管子右端開口用塞子封住,然后向容器R灌水,到達(dá)一定高度后停止灌水。容器R及三個細(xì)管中的液面停在同一高度上。在同一水平面上A、B、C諸點處壓強(qiáng)都相等,這時的壓強(qiáng)是流體在靜止時的壓強(qiáng)。
如果將水平管子D端的塞子拔去,同時向容器R注入水,管子中的水在流動時,在裝置的不同地方,A、C管中的水面高度差不多相同,B管中水面則最低。這表明水平管子中的水在流動時,B處水的壓強(qiáng)較小,A、C點處的壓強(qiáng)大于B點處的壓強(qiáng)。
利用如圖2所示的模型分析實驗:豎直水柱的高低表示水管各處壓強(qiáng)的大小,因為h=h>h,在A、B、C三處的壓強(qiáng)P=P>P。
相同時間里流過A、B、C三處的水量相等,而在B處水管較細(xì),所以在B處的流速一定比在A、C兩處的流速大,壓強(qiáng)小。由此可以得出一個結(jié)論:流體流動時,流速大的地方壓強(qiáng)小,流速小的地方壓強(qiáng)大。
聯(lián)想到河流的情況,同一條河流中,水流到河面寬敞處的流速比河面狹窄處流速小。
2.飛機(jī)的升力
(1)笨重的飛機(jī)能夠升空,與機(jī)翼的形狀有關(guān)系。根據(jù)氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,為了使飛機(jī)受到向上的升力,人們把機(jī)翼做成類似飛翔的鳥的翅膀形狀,向上凸起,如圖3所示。
如圖4所示,當(dāng)氣流迎面吹來時,由于相同的時間內(nèi)機(jī)翼上方氣流要經(jīng)過的路程大于機(jī)翼下方氣流經(jīng)過的路程,因此下方氣流速度小,壓強(qiáng)大;上方氣流速度大,壓強(qiáng)小。機(jī)翼的上下表面受到了不平衡的力的作用,向上的壓力大于向下的壓力,形成向上的壓力差,因此受到的合力是向上的,這就是向上的升力。
(2)直升機(jī)
如圖5所示,直升機(jī)與一般飛機(jī)不同,它是一種以旋翼作為主要升力來源、能垂直起落、重于空氣的航空器。它主要由旋翼、尾槳、動力裝置等部分組成。
發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力靠傳動系統(tǒng)傳給旋翼和尾槳,旋翼是產(chǎn)生升力的部件,旋翼旋轉(zhuǎn)時,將空氣往下推(這好比電風(fēng)扇葉片將空氣往前送、輪船的螺旋槳轉(zhuǎn)動時將水往后推一樣),對空氣產(chǎn)生一個向下的推力,由于力的作用是相互的,被往下推的空氣反過來對旋翼產(chǎn)生一個向上的反作用力——升力,當(dāng)升力的大小等于直升飛機(jī)的重力時,直升飛機(jī)就可以勻速向上飛行;當(dāng)升力的大小超過直升飛機(jī)的重力時,直升飛機(jī)便可以向上作加速運(yùn)動。
例題:颶風(fēng)吹過房屋時往往將屋頂掀開而毀壞房屋,這是為什么?
解答:颶風(fēng)吹過房屋將屋頂掀開,從力的效果分析,屋頂上瓦片一定受到了向上的力的作用,這種力的作用來自房屋內(nèi)外流體的壓強(qiáng)差。
風(fēng)是空氣流動形成的,刮大風(fēng)時,關(guān)閉的房屋屋頂內(nèi)外空氣壓強(qiáng)不同,房內(nèi)空氣對房頂下表面的壓強(qiáng)是靜止的大氣壓強(qiáng),大風(fēng)沿房頂?shù)母咚贇饬骼@過屋頂時,流體形成的壓強(qiáng)小于房內(nèi)大氣壓強(qiáng),結(jié)果在房屋的屋頂內(nèi)外形成壓強(qiáng)差,方向自內(nèi)向外,對房頂產(chǎn)生向上的掀力將房頂或房頂上的瓦片掀開,毀壞房屋。