开学第一课中“空中水上漂”咋回事?李永乐老师讲非牛顿流体

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-09-08 22:34

        有同学呢看了中央电视台开学第一课里面有一个实验很有意思。就是呢在一个巨大的水池里面放入了淀粉和水的混合物。小朋友们踩上去,如果快速的移动就不会掉下去。但如果要是在里面站了一会儿,那就会沉下去。他问我呢,说这个实验是怎么回事儿,今天呢就一起来跟大家介绍一下。

        首先呢我们不妨先跟大家一起来做一下这个实验,把一些淀粉和水按照2比1的比例混合到一块儿。会构成这种典型的特点。玉米粉和水以大约2比1或者3比1的比例混合调和成这样一种状态。这个流体呢就是一种非牛顿流体,什么意思呢?如果你你把手轻轻的放进去。你会发现。他的感觉和普通的流体是没有什么区别的。但如果你用力的话,你会发现。

        他是根本戳不进去的。同理。如果用勺子的话,你用你拍的话,你会怕你会发现。他是具有固体的特性的。但如果你轻轻的把勺子放进去。你就会发现他和普通的流体是一样的。

        如果你捏一块的手里的话。你就会发现。他跟你爸一样是具有固体也特质的。但是如果你停止学习压力,你就会发现。他又变回的液体。大家看到啊这种液体有一个很有意思的特点,平时看起来像液体一样,但是如果手非常快的插进去的话,他就感觉到像一种固体一样。甚至可以把一个球弹出来,这种流体呢我们称之为非牛顿流体。那么非牛顿流体到底是什么呢?我们首先要理解他啊,现在理解一个概念叫做黏性系数。

        粘性系数啊,什么叫做黏性系数呢?牛顿呢最早研究的这个问题,比如说啊在一个水池里面。啊,上面放了一个木板,然后呢我用一个力去拉这个木板,此时呢跟木板靠近的这些水,由于受到木板的构成就流动起来了。所以这个水呢它是具有一个比较大的速度的。越往下这个水的速度就越小。越往下越小越往下越小。

        直到最后靠近地面这个地方靠近地面这个地方水已经不再流动了。所以这个流动呢实际上是有梯度的啊。在这个时候,为什么木板没有加速,而是匀速流动呢?这是因为啊水之间会有一个力,这个力呢就称之为阻力啊称之为阻力。此时啊如果木板匀速的话,阻力其实和外力大F是一样大的啊。于是我们就有这么几个概念。首先第一个概念称之为流速梯度。

        所谓流速梯度。流速梯度是什么意思呢?就是说呀这个流速呢是逐渐变大的,同时呢这个水池还具有一个高度H对吧?我们用速度ov再除以高度H。表示的是单位距离上流速的变化,我们就称之为流速梯度啊,这个地方速度为零,这个地方速度AB我们用速度差再除以他们之间的间距。好,这是第一个概念。还有第二个概念叫做剪应力。剪应力,什么叫剪应力呢?在两层流体之间会有摩擦的阻力作用啊,这个阻力的大小是与面积和流体有关的。

        我们用这个受力F。相邻层之间的受力在除以这个木板的面积啊,相邻层的接触面积。单位面积上的这个力的作用,那这个就叫剪应力。这个剪应力在每两层液体之间都会有,只要他们流速不一样,就会出现这个剪应力。那么下面咱们就可以说黏性系数到底是什么意思了。粘性系数啊。是说呢牛顿最早研究这个问题的时候发现呢,当你这个流速梯度越大的时候,你相应的这个剪应力也就越大。

        也就是说水流的越快,阻力越大。但是呢不同的液体它的阻力情况不一样,于是他就定义了一个系数。这个系数啊表示的含义是说剪应力大小它是等于一个系数。在乘以流速梯度的大家观察这个式子,你就会发现,当你这个流速梯度越大,粘性系数越大。你这个相应的年这个剪应力就越大。剪应力越大就表示这个液体流动起来越费劲儿,对吧?那么不同的流体,他这个流年赢系数是不一样的啊,比如说最典型的一个流体就是水嘛,水的粘性系数呢。是一毫帕秒啊,有个单位是吧,这是水的凝系数,在水里面你运动的时候会受到阻力。那空气其实有一种也是一种流体,那空气的粘性系数应该比较什么?该比较小一点,因为我们在空气里没有感觉到那么大阻力,对吧?是0.018濠畔秒啊,但是呢如果我们要是在油里边儿。啊,橄榄油。那这个时候你会感觉到阻力会比较大。

        游泳在游里游泳不是很舒服,对吧?这个数是100毫帕秒啊,我们发现比水大了100倍,对吧?你试过在蜂蜜里游泳吗?如果我们要是在蜂蜜里游泳,就会非常费劲儿。因为蜂蜜的年限系数非常大,他有1万毫帕秒啊,就这么大。所以呢你在蜂蜜里游泳就很费劲儿了,对吧?所以年一个技术其实表示了什么呢?是表示了液体在流动过程中啊,它的阻碍作用呃,这个阻碍作用呢跟明星系数有关,同时也跟你流速有关。流速越大呢,你这个阻力也会越大。好,这就是第一个概念啊,宁静系数。

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