基础物理讲座(力学)课件.pptVIP

*************************************7.2流体动力学连续性方程质量守恒在流体中的表现形式1伯努利方程能量守恒在理想流体中的应用2托里拆利定律液体从容器底部小孔流出的速度3流体动力应用喷射器、文丘里管、飞机升力等实例4连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表现形式。对于稳定流动的不可压缩流体，流经任意截面的流量保持不变，即A?v?=A?v?，其中A是截面积，v是流速。这表明管道截面积小的地方，流速大；截面积大的地方，流速小。伯努利方程是能量守恒定律在理想流体（不可压缩、无黏性、稳定流动）中的应用，表达式为：p+?ρv2+ρgh=常数。这个方程表明流体中压强、动能和势能之间的关系，是理解流体动力学现象的基础。例如，流速增大时，压强减小，这解释了喷射器、文丘里管和飞机机翼升力的工作原理。7.3粘性流体雷诺数流体阻力系数粘性是实际流体的重要特性，表现为流体层之间的内摩擦力。粘性流体流动时，流体与固体表面接触的地方流速为零（无滑移条件），从表面到主流区域形成速度梯度，称为边界层。粘性导致流体流动时能量损失，表现为压强沿流动方向逐渐降低。流体流动可分为层流和湍流。层流是流体分层有序流动，湍流是流体无规则混合流动。流动类型由雷诺数决定：Re=ρvL/η，其中ρ是流体密度，v是流速，L是特征长度，η是粘度。雷诺数小时为层流，大时为湍流。上图显示了不同雷诺数下流体阻力系数的变化。7.4表面张力1表面张力原理表面张力是由液体分子间相互吸引力引起的现象。液体内部的分子受到各方向均匀的吸引力，而表面分子只受到内部和侧面分子的吸引力，导致表面呈现出一种张紧状态，就像覆盖着一层弹性薄膜。表面张力使液滴趋向于形成最小表面积的形状——球形。2表面张力大小表面张力的大小与液体性质有关，用符号σ表示，单位是N/m。例如，20℃时水的表面张力约为0.073N/m，而汞的表面张力约为0.465N/m。温度升高时，表面张力通常减小；加入表面活性剂也会降低表面张力。3毛细现象毛细现象是表面张力和液体与固体间黏附力共同作用的结果。当液体与固体接触时，如果黏附力大于内聚力（如水与玻璃），液体在管壁上爬升形成凹液面；反之（如汞与玻璃），液面下降形成凸液面。毛细管中液体升降高度h与管半径r成反比：h=2σcosθ/ρgr。第八章：振动和波振动是物体在平衡位置附近的往复运动，是自然界中最常见的运动形式之一。当振动在介质中传播时，形成波动。振动和波动现象广泛存在于声学、光学、电磁学等领域，是理解许多物理过程的基础。振动可以分为自由振动、阻尼振动和受迫振动；波动可以分为机械波和电磁波，机械波又可分为横波和纵波。本章将系统介绍振动和波动的基本概念、数学描述和物理特性，为学习更复杂的波动现象奠定基础。8.1简谐运动简谐运动定义简谐运动是最简单的振动形式，其加速度与位移成正比且方向相反，表达式为a=-ω2x，其中ω是角频率，x是位移。简谐运动的位移可以表示为：x=Asin(ωt+φ)，其中A是振幅，φ是初相位。简谐运动的特征量简谐运动的特征量包括：振幅A（最大位移）、周期T（完成一次振动所需时间）、频率f=1/T（单位时间内振动次数）、角频率ω=2πf（单位时间内相位变化的弧度数）。这些量之间有明确的关系，完全描述了简谐运动的特性。简谐运动的能量简谐运动中的能量不断在动能和势能之间转换，但总机械能保持不变：E=?mω2A2。在平衡位置处，势能为零，动能最大；在最大位移处，动能为零，势能最大。能量守恒是分析简谐运动的有力工具。8.2单摆和弹簧振子T=2π√(L/g)单摆周期单摆周期只与摆长和重力加速度有关，与摆bob质量无关T=2π√(m/k)弹簧振子周期弹簧振子周期与质量和弹性系数有关T=2π√(ml2/3g)复摆周期实体摆的周期与转动惯量相关单摆是由一根不可伸长的轻绳和一个质点构成的系统。小振幅摆动时（θ5°），单摆做简谐运动，周期T=2π√(L/g)，其中L是摆长，g是重力加速度。单摆具有等时性，即摆动周期与振幅无关（严格来说，这只在小振幅下成立）。弹簧振子是由弹簧和质量块构成的系统。水平放置时，弹簧振子做简谐运动，周期T=2π√(m/k)，其中m是质量，k是弹性系数。垂直放置时，需要考虑重力影响，但在平衡位置附近仍可近似为简谐运动。单摆和弹簧振子是研究简谐运动的重要模型，也是物理实验中测量物理常数的基础。8.3阻尼振动和受迫振动驱动频率/自然频率弱阻尼振幅中等阻尼振幅强阻尼振幅