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內(nèi)摩擦角是什么意思(在輸運現(xiàn)象中,發(fā)生內(nèi)摩擦的物理機理是?)

2023-03-21 20:26:01 我愛學習 1655次閱讀 投稿:繞指柔

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內(nèi)摩擦和外摩擦的聯(lián)系

外摩擦和內(nèi)摩擦統(tǒng)稱為摩擦。摩擦力存在于兩個相互作用的物體包括物體內(nèi)分子之間之間,一般分為內(nèi)摩擦和外摩擦。外摩擦是指兩物體表面作相對運動時的摩擦;內(nèi)摩擦是指物體內(nèi)部分子間的摩擦。

牛頓內(nèi)摩擦定律的物理意義是什么

牛頓內(nèi)摩擦定律又稱黏性定律,其表達式如下:

其物理意義為流體在流動過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應力與法向速度梯度成正比,與壓力無關(guān)。

但實際上,就如同經(jīng)典力學已經(jīng)被證明錯誤,并非所有流體都滿足該定律,滿足該定律的流體稱為牛頓流體。

附注:液體內(nèi)摩擦力又稱粘性力,在液體流動時呈現(xiàn)的這種性質(zhì)稱為粘性,度量粘性大小的物理量稱為粘度。

什么是牛頓內(nèi)摩擦定律

考慮一種流體,它介于面積相等的兩塊大的平板之間,這兩塊平板處處以一很小的距離分隔開,該系統(tǒng)原先處于靜止狀態(tài)。假設讓上面一塊平板以恒定速度u在x方向上運動。緊貼于運動平板下方的一薄層流體也以同一速度運動。當u不太大時,板間流體將保持成薄層流動??拷\動平板的液體比遠離平板的液體具有較大的速度,且離平板越遠的薄層,速度越小,至固定平板處,速度降為零。速度變化是線性的。這種速度沿距離Y的變化稱為速度分布。 各物理量關(guān)系構(gòu)成牛頓內(nèi)摩擦定律,τ=μ*du/dy。

上式說明流體在流動過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應力與法向速度梯度成正比,與壓力無關(guān)。流體的這一規(guī)律與固體表面的摩擦力規(guī)律不同。

牛頓內(nèi)摩擦定律

內(nèi)摩擦力(F)與接觸面積(A)和相對速度差(dV)成正比,而與垂直距離(dz)成反比,這一結(jié)論稱為牛頓內(nèi)摩擦定律(或黏滯定律),可表示為

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式中:F為內(nèi)摩擦力(牛);dV/dz為流速梯度(秒-1)(沿垂直水流方向單位距離的流速變化值,也稱剪切變形率);A為接觸面積(m2);η為與流體種類、溫度有關(guān)的系數(shù),稱為動力黏滯性系數(shù)(動力黏度)(帕·秒,即Pa·s)。

流體的黏滯系數(shù)隨流體種類而變,也隨壓力和溫度的變化而變化。對于水和空氣,η隨壓力的變化不大;但受溫度的影響明顯,隨著溫度升高,水的η值呈降低趨勢,而氣體的η值呈增大變化。

上述內(nèi)摩擦定律不是對所有的流體都能適用。凡是服從內(nèi)摩擦定律的流體稱作牛頓流體,即在溫度不變的條件下,隨著流速梯度(dV/dz)和剪切應力(τ)的變化,η值保持常數(shù)(圖3-1中的A)。τ為黏滯切應力,代表單位面積上的內(nèi)摩擦力。

圖3-1 各種類型流體的黏滯系數(shù)(η)與剪切應力(τ)和流速梯度(dV/dz)之間關(guān)系

(據(jù)清華大學水力學教研組,1981)

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氣體和分子結(jié)構(gòu)簡單的液體,如空氣、水及油液等均屬于牛頓流體。牽引流亦為牛頓流體。把不服從內(nèi)摩擦定律的流體稱為非牛頓流體,例如重力流、血液、高分子液體等均是非牛頓流體。牛頓流體的摩擦力τ與速度梯度(dV/dz)呈線性關(guān)系,而非牛頓流體不是線性關(guān)系(圖3-1)。

有的流體η值隨剪切變形率的增加而減小或加大,如圖3-1中的C、D,分別稱作假塑性流體和膨脹性流體。有的流體只有當切應力達到某一值(τ0)后才開始流動,如圖3-1中的B,稱作賓漢流體。重力流即屬賓漢流體。

在輸運現(xiàn)象中,發(fā)生內(nèi)摩擦的物理機理是?

發(fā)生內(nèi)摩擦的物理機理是兩接觸物體間的相對位移。無接觸或無位移,內(nèi)摩擦就不會發(fā)生。

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