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优秀精品课件文档资料 第五章 人体运动中的流体力学 人体从事的各项体育运动，都是在一定的流体中进行的。在运动中，流体将给予人体或运动器械一定的作用和影响。而且这种作用和影响对很多项目来说是不能忽视的，尤其是对游泳、划船、跳伞等运动更具 有特殊意义。 流体是液体和气体的总称。流体各部分之间容易发生相对运动，没有固定的形状。液体和气体有很多共性，许多现象的发生都依着相同的规律。因此，研究流体的性质和运动规律时，一般以液体为代表来进行探讨。 一、流体力学的基本知识 1、流体的压强 在研究流体的受力状态时，一般用压强这一物理量。压强是单位面积上所受的压力。 P=F/S 从实验中得出如下结论： （1）液体内部任何方向都有压强，在同一深度，各个方向的压强都相等。 （2）液体内部某一深度的压强等于物体的密度、重力加速度和深度三者的乘积。即随着深度的增加压强增大。在和外界接触条件下：P=ρgh+p0 2、流体的浮力 浸在流体中的物体会受到流体给它的向上托力，即为浮力。阿基米德定律表明：浮体所受到的浮力大小等于它所排开的那部分液体的重量，方向向上。 浸在液体中的物体，若不受其它物体的支撑时，只受到重力和浮力的作用。物体的沉浮由两者的合力决定。浮力与重力分别同液体和物体的密度有关。密度是单位体积的物体的质量。比重是某种物质的密度与水的密度之比。所以，可通过比重的大小来判断物体的沉浮，比重大于1时，下沉，反之，则上浮。 3、理想流体、流线、流管、过流断面、 流量 理想流体是一个力学模型。指完全没有粘滞性，绝对不可压缩的流体。 流线是用来描述流体运动的曲线。它能形象地表示流体的流动特征。流线的疏密与流速有关，流线密的地方流速大。曲线上每一点的切线方向表示该点流体质点的速度方向。 在实验室中，通常把铝粉掺入到流体中，让它们随流体一起运动，并把铝粉的运动拍成照片就能画出流线。 流管是由一束流线围成的管状区域。流体在流管中的流动与在没有阻力的光滑管中流动一样，管内的流体不会到管外，管外的流体也不会流入管内。只要知道流体在流管中流体的运动规律，就可了解流体整体的运动规律。 流线 : 表示流动速度特征的线，以线条的密度代表流速，密度大流速大，线条上切线的方向代表速度的方向。 流管: 由流线围成的管，称为流管。 流速小 流速大 浮力产生的原因 连续性原理示意图 A1 A2 流过各过流断面的流量相等 A1V1=A2V2=Q，故断面大处流速小，断面小处流速大。（不可压缩） V1 V2 4、伯努利定律 从流体的连续原理可知，流管口径大的地方流体的流速慢，流管口径小的地方流体的流速快。如若使流体在一个沿流体流动方向口径逐渐缩小的流管内流动的话，就会看到流体的流速逐渐加快。这说明流体在流管的流动中获得了加速度，这必然是流管口径大处的流体对口径小处的流体有一个力的作用。液体内部发生的这种力，只能从其内部各部分之间的压力差中产生。有实验证明：流管口径大的地方压强大，管径小的地方压强小。于是可得如下结论：流动速度大的地方压强小，流动速度小的地方压强大。这个结论对液体和气体都成立，称为伯努利定律。 柏努利定律应用举例 喷雾器喷雾就是依据伯努利方程的原理，气体从细的喷口流出时，由于流速大，致使喷口处压力小，而容器内部的压力大，压力差使容器内的液体成雾状喷出。 5、马格努斯效应 踢足球时，如若在球开始飞行前对球施以足够的旋转，能使球沿曲线飞行，产生所谓的香蕉球。还有一些项目，如网球、棒球、高尔夫球等，如在球体开始飞行前有足够的旋转，都能遵循一种奇妙的曲线飞行，这一现象称马格努斯效应。 马格努斯效应分析 旋转的球体在空气中飞行运动路线弯曲的机制如下:1.球受到偏心力向前飞行的同时旋转2.球周围产生空气环流3.环流与迎面来 的气流相叠加,使球的一侧空气 流速大,另一 侧空气流速小,根 据柏努力定律流速大压力小,流 速小压力大,造成两侧的压力差, 引起飞行路线弯曲. 偏心力 不通过物体质心的力称为偏心力，偏心力的作用是使物体作平动和转动的复合运动。 F V 作业：画出不旋、上旋、下旋球 的轨迹及反弹后的路线 球的旋转 上旋球的运动轨迹