阿基米德定律

阿基米德定律材料

你見過船嗎?如果你沒親眼看過,希望你在電視或網路上看過。一艘質量巨大的船不會沉沒,而一塊又小又輕的石頭卻會。這是為什麼呢?如果你理解浮力和阿基米德原理,答案就很簡單了。

在日常生活中,我們會發現,置於流體中的物體,例如一塊石頭,其重量會比未置於流體中時輕。你可能很難將一塊石頭從地面提起,但同樣的石頭很容易從水池底部提起。這是由於浮力造成的。浮力的產生是由於不同深度流體壓力的差異。流體壓力隨深度增加而增加,流體越深,壓力越大。當物體置於流體中時,物體上方和下方的流體之間會產生壓力差。物體底部的流體壓力大於物體頂部的流體壓力。

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流體壓力

流體壓力材料

在物理學中,壓力定義為單位面積所受的力,力的方向垂直於表面積。數學上,壓力可以用公式 P = F/A 表示,其中 P 代表壓力,F 代表力,A 代表表面積。力的單位是牛頓 (N),面積的單位是平方公尺 (m² )。由於壓力是單位面積上的力,因此壓力的單位是 N/m²。 N / m²的另一個名稱是帕斯卡 (Pa)。帕斯卡被用作壓力的單位,是為了紀念布萊茲·帕斯卡。

當流體處於靜止狀態時,它會對其接觸的整個表面施加一個垂直於該表面的力。例如,考慮一杯水中的水;每一部分水都會對其所佔據的容器單位面積施加一個垂直於該表面的力。這是靜止流體(即靜流體)的重要特性。當流體對一個表面施加一個非垂直的力時,該表面會施加一個反作用力,該反作用力也非垂直。這將導致流體流動。然而,實際上,流體保持靜止狀態。因此,對於靜止流體而言,其所受力始終垂直於其所佔據的容器表面。

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理解靜態流體和動態流體

理解靜態流體和動態流體

在物理學中,流體被定義為可以流動的物質。我們已經了解到,日常生活中遇到的物質主要由固體、液體和氣體組成。流體一詞涵蓋了液體和氣體,因為像水這樣的液體和像空氣這樣的氣體都可以流動。像岩石或鐵這樣的固體不能流動,因此不能被歸類為流體。為了更好地理解這個解釋,我們可以考慮一些日常生活中的例子。當你洗澡時,你肯定需要水。水從泉眼流出或從井抽取,最終到達水庫。水就是液體的例子。還有其他液體的例子,例如潤滑油、牛奶等等。所有這些液體都可以被歸類為流體,因為它們可以從一個地方流向另一個地方。氣體也是流體。氣體也可以從一個地方流向另一個地方。一陣風就是空氣從一個地方移動到另一個地方的例子。

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表面張力

了解表面張力

表面張力的產生是因為液體表面趨於變硬,形成一層薄膜狀的物質。這主要受水分子間內聚力的影響。為了更好地理解這現象,請看下圖。假設容器中盛有液體。

表面張力 1液體分子之間通常存在相互吸引力。在液體內部,每個液體分子都被兩側的其他分子包圍;但在液體表面,只有兩側和下方的液體分子,上方沒有其他液體分子。由於液體分子之間存在相互吸引力,液體內部分子所受的合力為零。相反,液體表面的分子會受到兩側和下方液體分子的吸引。因此,液體表面存在著一個向下的合力。由於這個向下的合力,液體表面會趨向於縮小其表面積,盡可能地收縮。

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泊肅葉方程

它被稱為泊肅葉方程,因為它是由已故的讓·路易·瑪麗·泊肅葉(1799-1869)發現的。如前面解釋的,所有流體都可以被視為理想流體。理想流體沒有黏性。如果我們想像一種理想流體在管道中流動,那麼流體的每一部分都以相同的速度 (v) 運動。與理想流體不同,實際流體,或者說我們日常生活中遇到的流體,都具有黏性。正因為具有黏性,當它們在管道中流動時,例如,流體每一部分的速度都會改變。中間的流體層流動速度較快(v 值較大),而貼近管道的流體層則保持靜止(v = 0)。因此,從管道中心到邊緣,流體的每一部分都以不同的速度運動。為了便於理解,請觀察下圖…

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密度和比重

物質密度和比重

密度

物質的重要性質之一是密度。密度是物質質量與其體積的比值。數學上,密度可表示為:

ρ = m/V

ρ是常用的希臘字母,表示密度;m 代表質量;V 代表體積。均質流體的密度與均質固體的密度有本質差異。例如,鐵或冰的密度在各處都相同。這與大氣或水等流體不同。在地球大氣層中,距離地表越高,密度越低;而海水,密度越深,密度越大。均質流體的密度也會受到溫度和壓力等環境因素的影響。

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