作者twyao (風羽)
看板Physics
標題[請益] 物體在流體中所受壓力
時間Tue Nov 29 19:26:51 2011
中學課本中對「浮力」的解釋是
物體在流體中受到來自四面八方的流體壓力
合力 (ΣP．dA) 之方向為鉛直向上(液面水平時)
且量值等於物體排開液體重量
此力是為浮力
關於其中 「壓力來自四面八方」
這要怎麼解釋？
是否可以用類似氣體分子動力論的微觀角度
來解釋再有重力場的環境中的流體造成之壓力？
課本上簡單的用「液體的重量壓在液體中任意平面上」的概念
解釋壓力的來源
所以壓力＝液體重量密度x深度
但若這樣解釋
則會使人產生「壓力應只存在重力方向上」的錯覺
實際上
液體壓力應該是液體分子不斷互相撞擊
或是撞擊物體表面而造成的吧？
(有誤請各位指正)
要怎麼用流體力學的微觀觀點解釋呢
另外也可同理解釋大氣壓力吧？
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 219.70.208.253
1F：→ hereafter:差不多是你說的這樣，壓力來自四面八方，應該說是物體每 11/30 06:47
2F：→ hereafter:個面都有承受液體給的壓力 11/30 06:47
3F：→ hereafter:如果是說液體有四面八方的壓力，那一定是某區塊的水承受 11/30 06:47
4F：→ hereafter:它這個區塊構成的界面被其他液體分子造成的壓力 11/30 06:48
那麼為什麼這個壓力會那麼恰巧的與深度成正比呢
為什麼某一個微小面積上的受力，會恰恰好就是該面積正上方之夜體重量呢
這是我比較不解的地方
5F：→ hereafter:從以前到現在的中學課本都只有談到垂直方向的作用力 11/30 06:49
6F：→ hereafter:因為這大概是最直觀的生活經驗 11/30 06:50
7F：→ hereafter:大氣壓力大概可以從物體在海裡的情況來想，很明顯會有 11/30 06:52
8F：→ hereafter:水平方向的力進入這個情況 11/30 06:52
9F：→ hereafter:雖然大氣跟海洋不一定能類比，但至少都脫離了固定容器的 11/30 06:54
10F：→ hereafter:情況 11/30 06:54
11F：→ yee381654729:對於在液體中的物體，每個面的受力方向與該面垂直 11/30 07:56
※ 編輯: twyao 來自: 140.112.7.214 (11/30 08:55)
12F：→ hereafter:第二個為什麼可以想想看兩個疊在一起的方塊放在地上 11/30 09:32
13F：→ hereafter:想想看上下兩個方塊各自受力的情況 11/30 09:33
14F：→ hereafter:第一個為什麼可以從第二個為什麼導出來 11/30 09:34
15F：→ condensed:樓*4上 yee!!XD 11/30 18:29
16F：→ spencer90235:大氣壓力和溫度 大致上隨高度變化的趨勢相同 地球表 11/30 19:03
17F：→ spencer90235:面單位面積上方空氣柱重量 或許就是造成 地表氣壓(or 11/30 19:04
18F：→ spencer90235:溫度)較高 即分子動能比較大的原因 只是觀察角度不同 11/30 19:05
19F：→ spencer90235:壓力的來源 我認為應該還是來自氣體的碰撞 重量只是 11/30 19:08
20F：→ spencer90235:整體的效應 觀察的系統不同 11/30 19:11
21F：推 condensed:很有趣的主題..... 11/30 19:28
正確來說，我想問的是，流體分子的動能＆互相碰撞的頻率為何會跟深度有關？
22F：推 condensed:你確定以上前提是正確的嗎？ 12/01 15:03
23F：→ twyao:不確定 ＝ ＝ 所以正在問... 12/01 15:27
24F：推 condensed:不同意把氣體壓力的成因放到這裡的流體壓力中作為解釋 12/02 05:19
25F：→ condensed:造成靜止流體的壓力 主因是重力場 不宜與氣體動力論混淆 12/02 05:20
造成靜止流體的壓力主要是因為重力場，我想這個大家都同意，
也因此失重狀態下流體無法造成壓力。
但是我的意思是
從重力推導出壓力的過程應該沒有這麼直接吧
應該不是直接想成重力壓在某平面上就結束了吧
而我為什麼會認為沒有這麼直接呢
因為如果是這樣的話
應該不會有側向壓出現才對吧，同時也更不會有上壓力這種東西存在吧
應該只有下壓力存在吧（重力向下）
也就是說，
若以一杯水中為例
則除了重力之外
每個水分子之間互相推擠的作用力應該也很重要
因此我在想我們是否可以作以下推測：
首先，
每個水分子都受到約18gw/(6.02x10^23)的重力向下作用
接著，
某一顆在水分子又受到其附近水分子若干斥力或引力作用
重力與斥或引力合為分子所受凈力（杯壁附近的分子尚受倒杯壁的斥力作用）
同時每顆水分子本身具有一些動能（表面水分子會蒸發即因有此動能）
水分子的運動速率因為上述淨力不斷有所改變
而當有物體進入水中後
物體表面分子受到各個在其附近的水分子斥力作用
因為每個水分子不斷在運動
所以每個水分子給予物體的斥力其量值＆方向都不斷改變
可是巨觀下
淨力方向永遠維持在物體表面之法向
量值永遠是Ａρｇｈ
以上說法不知是否正確
有待強者解答
又若以上說法正確
那要如何詳細的從微觀推導出巨觀的結果呢？
如果假設的簡單一點
是否可以看作每個水分子通常作等速度運動
（畢竟巨觀下整杯水沒在動，有人加速有人減速大致可以抵銷）
而每個水分子受靜力為零
所以每個分子除重力外
都需受到一個18gw/(6.02x10^23)向上之力作用
以抵銷重力？
26F：→ spencer90235:1/2ρV^2 + ρgh =constant 定律中前者代表流體的動 12/02 21:27
27F：→ spencer90235:壓 後者則是位勢造成壓力項 但並不是說在這個情況下 12/02 21:28
28F：→ spencer90235:白努力適用 不過或許可以看出某些條件下速度和位勢是 12/02 21:29
29F：→ spencer90235:等價的 位勢高處平均速度慢 低處則快 12/02 21:31
30F：→ spencer90235:這問題我也想了很久... 12/02 21:33
也許這是一個可行的方向耶
如果這個假設正確
那麼被壓在低處（杯底附近）的水分子運動速率較快
反之，浮在高處（水面府近）的水分子運動速率較慢
而快的運動速率撞擊造成大的壓力；反之造成小的壓力
因此造成壓力與深度有關
又談到位能就是考慮到重力作用
若無重力作用
則無位能問題
壓力與深度也就不會有關系了
不過這樣看還是有點巨觀
可以解釋壓力與深度有關
但為何會有正比關係
可能還得作進一步推導
也許可以從這麼方向出發
但是設法看得更微觀一些
（努力中...
※ 編輯: twyao 來自: 219.70.208.253 (12/06 22:38)
31F：推 iHakka:帕斯卡原理上哪去了? 12/30 23:17