1、-物理課本中流體速度與壓強(qiáng)的關(guān)系再探討我們現(xiàn)在初中物理課本中，對(duì)于流體速度和壓強(qiáng)的關(guān)系都是這樣敘述的“在流體速度大的地方壓強(qiáng)小，在流體速度小的地方壓強(qiáng)大”。我個(gè)人認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)和結(jié)論是錯(cuò)誤的。例如我們拿著一張紙，讓紙豎直下垂，然后我們對(duì)著紙垂直吹氣，可以看到紙斜向上飄起， 此時(shí)紙的下方氣體流動(dòng)的速度一定大于紙上方氣體的速度，按照上面的結(jié)論，紙下方氣體流速大向上的壓強(qiáng)小，同理紙上方的氣體向下的壓強(qiáng)大，兩者的合力向下，紙應(yīng)向下運(yùn)動(dòng)，由于紙受重力作用方向又向下， 紙更應(yīng)該向下運(yùn)動(dòng)， 而不應(yīng)向上飄起。此簡(jiǎn)單的事例，就說明課本上的結(jié)論不對(duì)。正確的結(jié)論應(yīng)該是“流體在速度變大時(shí)壓強(qiáng)變小，在速度變小時(shí)壓強(qiáng)變大”

2、。這樣我們就可以解釋一切相關(guān)的物理現(xiàn)象。我們先了解一下有關(guān)流體力學(xué)的理論：理想流體與粘性流體，由于流體中存在著粘性，流體的一部分機(jī)械能將不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能，并使流體流動(dòng)出現(xiàn)許多復(fù)雜現(xiàn)象，例如邊界層效應(yīng)、摩阻效應(yīng)、非牛頓流動(dòng)效應(yīng)等。自然界中各種真實(shí)流體都是粘性流體。有些流體粘性很?。ɡ缢?、空氣），有些則很大（例如甘油、油漆、蜂蜜）。當(dāng)流體粘度很小而相對(duì)滑動(dòng)速度又不大時(shí)，粘性應(yīng)力是很小的，即可近似看成理想流體。理想流體一般也不存在熱傳導(dǎo)。實(shí)際上，理想流體在自然界中是不存在的，它只是真實(shí)流體的一種近似模型。但是，在分析和研究許多流體流動(dòng)時(shí)，采用理想流體模型能使流動(dòng)問題簡(jiǎn)-化，又不會(huì)失去流動(dòng)的主要特

3、性并能相當(dāng)準(zhǔn)確地反映客觀實(shí)際流動(dòng)，所以這種模型具有重要的使用價(jià)值。將粘性考慮在內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)方程則是法國(guó)C.-L.-M.-H.納維于1821 年和英國(guó) G. G. 斯托克斯于 1845 年分別建立的，后得名為納維-斯托克斯方程，它是流體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。由于納維 -斯托克斯方程是一組非線性的偏微分方程， 用分析方法來研究流體運(yùn)動(dòng)遇到很大困難。 為了簡(jiǎn)化方程， 學(xué)者們采取了流體為不可壓縮和無粘性的假設(shè)， 卻得到違背事實(shí)的達(dá)朗伯佯謬物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力等于零。因此，到 19 世紀(jì)末，雖然用分析法的流體動(dòng)力學(xué)取得很大進(jìn)展，但不易起到促進(jìn)生產(chǎn)的作用。與流體動(dòng)力學(xué)平行發(fā)展的是水力學(xué)（見液體動(dòng)力學(xué)）。這

4、是為了滿足生產(chǎn)和工程上的需要， 從大量實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)公式來表達(dá)流動(dòng)參量之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)。使上述兩種途徑得到統(tǒng)一的是邊界層理論。它是由德國(guó)L. 普朗特在 1904 年創(chuàng)立的。普朗特學(xué)派從 1904 年到 1921 年逐步將 N-S 方程作了簡(jiǎn)化，從推理、數(shù)學(xué)論證和實(shí)驗(yàn)測(cè)量等各個(gè)角度，建立了邊界層理論，能實(shí)際計(jì)算簡(jiǎn)單情形下，邊界層內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)和流體同固體間的粘性力。同時(shí)普朗克又提出了許多新概念，并廣泛地應(yīng)用到飛機(jī)和汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)中去。這一理論既明確了理想流體的適用范圍，又能計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到的摩擦阻力。使上述兩種情況得到了統(tǒng)一。-理想流體是不可壓縮、不計(jì)粘性（粘度為零）的流體?，F(xiàn)實(shí)中并不存在理

5、想流體，但理想流體模型可應(yīng)用于一些粘性影響較小的情況中，使問題得以簡(jiǎn)化。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤結(jié)論？首先我們初中是研究的是理想流體，我們應(yīng)用伯努利原理來解釋，伯努利原理的實(shí)質(zhì)是機(jī)械能守恒，內(nèi)容是動(dòng)能加重力勢(shì)能加壓力勢(shì)能等于常數(shù)。因此流體的速度與壓強(qiáng)的大小關(guān)系我們應(yīng)從能量的轉(zhuǎn)化來解釋。最為著名和常見的推論是“在高度不變時(shí)即重力勢(shì)能不變時(shí)，只有壓力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)，動(dòng)能變大時(shí)壓力勢(shì)能變小，動(dòng)能變小時(shí)壓力勢(shì)能變大?！奔凑_的說法是“流體在速度變大時(shí)壓強(qiáng)變小，在速度變小時(shí)壓強(qiáng)變大?！倍粦?yīng)描述成“流體在速度大的地方壓強(qiáng)小，在速度小的地方壓強(qiáng)大?！笔俏覀兊拿枋霾粚?duì)，讓學(xué)生產(chǎn)生了錯(cuò)誤的理解。我們?cè)俳忉?/p>

6、上面的例子，當(dāng)運(yùn)動(dòng)的氣體遇到豎直下垂的紙的阻力時(shí)，動(dòng)能就減小轉(zhuǎn)化成壓力勢(shì)能，壓力勢(shì)能變大，壓強(qiáng)變大。紙斜向上飄起，當(dāng)使紙順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的力矩與使紙逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的力矩相等時(shí)，紙就不再上飄了。以后再吹出的氣體壓強(qiáng)變大后，馬上對(duì)紙的斜下方的氣體膨脹做功，又再次把氣體的壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成氣體的動(dòng)能，此時(shí)氣體動(dòng)能與變化前相比大小沒變，速度的大小也沒變但速度的方向改變了，沿著紙斜向下運(yùn)動(dòng)。我認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中的固體、液體、氣體都是能夠被壓縮或膨-脹的。對(duì)于這類現(xiàn)象我們應(yīng)該從能量守恒定律和能量的轉(zhuǎn)化的角度來解釋和理解。 如生活中的固體或液體， 在受到外來的壓力作用時(shí)體積會(huì)變小 （對(duì)于固體和液體由于存在分子間作用力

7、壓力勢(shì)能可認(rèn)為是物體的內(nèi)能，氣體分子間力可忽略不計(jì)）但變化的非常微小，由（W=Fs= 壓強(qiáng)乘以受力面積乘以距離=壓強(qiáng)乘以體積的變化）可知，即使我們對(duì)固體或液體施加一個(gè)較大的壓力，由于固體或液體體積變化非常的微小，在壓力的方向上的距離變化也是非常的微小，我們對(duì)固體或液體做的功非常的微小，由能量的轉(zhuǎn)化可知引起固體或液體壓力勢(shì)能的變化也是非常小的，在生活中幾乎忽略不計(jì)。反過來在日常生活中，這種微小的壓力勢(shì)能的變化對(duì)外做功時(shí)，卻產(chǎn)生很大的力，例如我們鋪的鐵路鋼軌之間如果不留有熱脹冷縮的縫隙，在季節(jié)溫度變化時(shí)鐵路就會(huì)變形或向上隆起。大型的橋梁不留有熱脹冷縮的縫隙，橋梁就會(huì)斷裂。由于我們讓氣體的體積變化比較容易，即讓氣體的壓力勢(shì)能變化比較容易 （氣體分子間作用力可忽略不計(jì)， 壓力的增大主要是分子碰撞的幾率增大引起的） ，由于氣體對(duì)氣體在地球上存在浮力抵消了重力的影響， 因此我們常研究和利用氣體時(shí)不再考慮重力勢(shì)能的變化， 只考慮氣體壓力勢(shì)能和動(dòng)能的變化， 來制造飛機(jī)等飛行器。另外對(duì)于氣體的動(dòng)能和壓力勢(shì)能的變化， 我們也可從微觀方面來解釋： 例如氣體速度變大時(shí)， 速度變大的這部分氣體相對(duì)于速度還