运动生物力学_流体力学详解.ppt

体育运动中的流体力学 流体主要物理性质及连续介质模型 一、流体概念：凡是没有固定形状且易流动的物体。 二、易流动性：相对固体而言，其原因：流体静止时，不能承受切向应力，任何微小切向应力使流体发生连续不断变形，因此较固体而言具有流动性。 流体的重度和密度 一、重度：即流体单位体积重量。用r表示重度，为r=G/V 二、密度:流体单位体积质量。 p=m/v 三、 二者关系 ：r=p*g 四、流体可压缩性和不可压缩性 流体可分为：液体力学 （以水为代表 ） 气体力学 （以空气为代表 ） 体育运动中水和空气视为不可压缩性流体。 流体的粘滞性 粘滞性是当流体运动时，流体内部显示出内磨擦力性质。粘滞性为流体本身固有特性，一切流体均有一定粘滞性，不同流体其粘滞性大小也不同。 理想流体和粘性流体 理想流体:可以忽略或假定没有粘滞性的流体。 粘性流体:凡是不能忽略粘滞性的流体。 流体质点和连续介质模型 流体质点:是指一个流体的分子微团 。 连续介质”模型:欧拉(Enler)于是1753年提出的不考虑流体的微观分子结构，而是将流体视为无穷多个流体质点稠密而无间隙所组成的连续介质。 由于流体被看作是空间各点连续介质，因此流体宏观运动的参数，如压力、速度、密度等，都可用空间坐标(X、Y、Z)和(T)的函数，利用参数之间定量关系，进而得出流体平衡和运动的规律。 流体静力学 一、流体压强 : 作用在流体单位面积上的压力强度，用P表示，即P=F/A，其单位是N/M^2， F为总压力，A为总压力的作用面积。 二、流体静压强 当流体处于静止或相对静止时，流体的压强称为流体静压强. 流体静压强的特性 特性一：流体静压强的方向必沿作用面的内法线方向。 特性二：流体静压强的数值与作用面在空间的方位无关，即任一点的压强无论来自何方均相等。 流体静力学基本方程 通过无限小面积 A到自由面(仅受到大气压强作用液面)作一垂直圆柱体，柱体高为H。圆柱体处于平衡状态。 Z轴方向的平衡条件为：FZ=0 P*d*A-P0*d*A-r*h*d*A=0 简化得 P=P0+r*h P=P0+p*g*h 根据公式，当H增加时P上升， 其斜率大小由密度R决定。 两液面压强差为P-P0=p*g*h 浮力定律——阿基米德定律 一、定律：物体在流体中减轻的重量，等于它排开同体积流体重量。 二、浮力的大小、方向和作用点位置 设在液体中有一立方体物体，在物体上取坐标轴 ，立方体上下面面积为A， 上端在液体深度H1处，下端在液体深度H2处。 液体作用在物体上、下端面压强为: PZ1=P0+r*h1 PZ2=P0+r*h2 根据静压强特性一，作用在上端面的PZ1是垂直向下的，而作用在下端面PZ2是垂直向上的。同时PZ2PZ1 因为H2H1，物体所受到的垂直总压力为：FZ=(PZ2-PZ1)*A=r*h2*A-r*h1*A=r*h*A 而hA是物体体积，因此 FZ=r*v 根据流体静止性质，FX=0 FY=0 因此作用在物体上的垂直总压力XF2即浮力等于物体排开液体重量。 方向:垂直向上。 作用点位置:处于物体体积几何重心，即”浮心”。 流体静力平衡及平衡的稳定性 1．人体和运动器械的浮态。