作者zweisteine (圣人见微以知萌)
看板Physics
标题Re: [请益] 一个物理观念的问题--流体的静力平衡时
时间Mon Sep 1 13:50:29 2008
※ 引述《xination (XINATION)》之铭言:
: ※ 引述《zweisteine (圣人见微以知萌)》之铭言:
: : 没错,从静力平衡确实看不出为甚麽水平压力要等於垂直压力
: : 这个条件只能告诉我们同一个高度的水平压力是相等的,
: : 但是也可能水平压力是零或是其他的值。
: : 水往各方向的压力相同这件事,要从比较微观的方面来解释:
: : 虽然一杯水外观上像是静止的,
: : 但是内部的水分子仍然激烈的在运动着。
: : 每一次碰撞造成水分子动量的改变都会产生一个力,
: : 这些力平均起来的行为像是水每一点都往各方向施力一样。
: : 因为水分子的运动大致上是各向同性的,
: : 也就是说往每个方向碰撞的机会差不多是相同的,
: : 所以压力张量的三个特徵值也是相同的。
: : 口语一点来说就是水平压力和垂直压力相同
: : (说是口语是因为这样讲是不精确的,
: : 压力不是向量而是张量,所以没办法定出一的特定方向的概念。)
: 我还是有些不能理解
: 我的想法是水不是空气,至少水分子附近一堆水分子
: 所以不能像空气一样自由移动
空气一样分子间彼此撞来撞去,只是平均自由径比液体长很多而已
: 因此
: 水的压力来源是碰撞(较近or接触面)+较远的水的重力 (自己的猜想)
这两件事不能拆开来看
重力微观上对所有的粒子造成向下的加速度,
虽然水分子的速度够快,所以在每个点往所有方向的速度仍然差不多,
因此每个点压力往各方向都相同,
但是重力加速度的影响让每颗粒子都多了一点垂直速度分量,
粒子碰撞到附近下方的粒子时又把这个动量往下传,
这样一层一层撞下去,巨观上对於不同高度的压力差影响就很大了。
结果就是静流体多了dp=-ρgdz这条方程式的适用,
但是每个点的压力是不是往各方向都相同这件事是不因此受影响的。
: p=(rho)gh
: 导正的来源就是由
: p = F/A
: =mg/A
: =[v(rho)]g/A
: =(rho)(hA)g/A
: =(rho)gh
所以思考的过程是先得出压力往各方向都相同的结论,
再用这个简单的模型计算出压力的大小。
高中课本反过来教当然比较容易令人理解,
但是也很容易造成误导。
: 碰撞会产生 各方向相等的压力
: 但是怎麽跟 重力牵上关系呢
: 不然
: 如果只由碰撞产生来产生压力
: 不应就跟气体动力论所得的结论一样了吗
: (找不出压力p跟重力g有关的地方)
气体动力论算出PV=nRT这道式子基本上完全没有考虑重力的影响。
就像有板友指出的,
dp=-ρgdz这条方程在气体一样有适用,
只是如果是对实验室里面的一箱气体而言,
这个影响可以忽略不计,可以把整箱气体的密度当作一样。
反过来说,其实水的密度一样是压力和温度的函数,
只是这个变化非常非常小,
所以直接把密度当常数是个很好的近似,
而得到压力正比於高度的结果。
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 218.166.66.100
1F:推 BBSRUKAWA:推荐这篇文章 09/01 23:53
2F:推 MicroB:请问为什麽每个点的压力是不是往各方向都相同这件事是不因 09/03 09:28
3F:→ MicroB:重力影响有差呢? 既然不同高度的压力差来自於重力给粒子的 09/03 09:29
4F:→ MicroB:垂直动量累积 垂直动量在水深处不是应该远大於其他方向吗? 09/03 09:30