流體的力學性質

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引言

流體的力學性質是物理學的一個分支，它研究流體的力學，包括液體、氣體和等離子體。流體是不可壓縮的，這意味著液體的密度不依賴於壓力的變化，並保持恆定。它們也被認為是最非粘性的。這意味著，接觸的兩個液麵不會相互施加任何切向力。

什麼是流體？

在化學領域，“流體”一詞可以指任何不能承受切向力或剪下力的液體或氣體，當其處於靜止狀態時，並且其形狀會根據諸如應力之類的因素不斷變化。簡而言之，它是一種可以流動的物質。

換句話說，只有當外力作用於物質時，它才能流動。例如，氣體可以是氧氣、氫氣，液體可以是汽油、硫酸和水。它可以分為四種主要型別，這取決於流動。它們是：穩定或不穩定、可壓縮或不可壓縮、粘性或非粘性，以及旋轉或非旋轉。

流體的力學性質

研究力學性質的科學分支稱為流體靜力學。流體是一種沒有特定形狀的物質，因為液體和氣體可以自由流動，所以它們被稱為流體。它們很容易屈服於任何外部壓力 (learncbse, 2022)。流體的“氣”部分指的是大氣中的空氣以及所有其他屬於化學的空氣。

與固體相比，流體可以更具體地表現出重力效應。固體粒子之間的吸引力會抵消重力的影響。

什麼是流線型流動？

圖1：流線型流動

流線是指切線的曲線。在任何一點上，它都表示流體速度的方向。在電場或力場中，它與力線具有類似的關係。

流線可以顯示流體粒子的原始路徑。當流動穩定時，它被稱為層流。其主要特點是兩條流線永遠不會相交。如果發生這種情況，則一個流體粒子可以在該點朝一個或另一個方向移動。然而，流動將是不穩定的。

流管

流管是由流線組成的束。由流線組成的邊界包圍的管狀區域稱為流管。其主要特點是，沒有流體可以穿過流管形成的邊界，其行為與管道完全相同。

表面張力和粘度

圖2：針由於表面張力而停留在液體頂部。如果將針尖朝下放在表面上，則作用在較小面積上的重量會破壞表面，針就會下沉。

變形介面表面所需的單位長度力稱為表面張力。它可以用希臘字母 sigma 表示。表面張力總是取決於液體或固體接觸的表面。如果測量油、水、汞或其他任何物質的表面張力，則可以假設接觸的流體只是空氣。

粘度可以定義為流體相鄰層之間剪下應力的比率。它是流體的屬性，可能是導致流體流動阻力的原因。粘度越高，靜止流動越大。眾所周知的流體的粘度主要獨立於外力。

伯努利原理

伯努利原理指出水的總能量保持恆定。這就是為什麼當水流系統地增加時，壓力最終會下降的原因。當它開始在液壓系統中流動時，壓力會持續下降，當壓力開始上升時，必須停止流動。

這可以表示為：

總水頭 = [高程水頭 + 壓力水頭 + 速度水頭]

壓力

流體壓力可以解釋為作用在流體表面單位面積上的法向力。該壓力稱為液體的蒸汽壓。或者它可以是將液體轉化為蒸汽的壓力。

結論

流體的力學性質如粘度和表面張力。從力學的角度來看，流體是一種永遠不支援剪下應力的物質。這就是為什麼一種流體在靜止時會呈現容器形狀的主要原因。

(常見問題)

Q1. 什麼是文丘裡流量計？

A1. 文丘裡流量計是一種用於透過管道收縮部分增加流速併發生相應壓力下降的儀器，以便可以推匯出流速。

Q2. 流體壓力的影響是什麼？

A2. 兩個因素可以決定流體壓力。它們是流體的深度和強度。

Q3. 流體的特性是什麼？

A3. 流體有四個主要特性；它們是溫度、密度、壓力和比焓。它們是流體的熱力學特性。

Q4. 液體的特性是什麼？

A4. 可以定義液體的主要特性是：它沒有確定的形狀，它採用容器的精確形狀，並且它具有確定的體積。液體的粒子是自由的，因此它們可以相互移動，但是它們仍然保持彼此的吸引力。