流体压强与流速关系及压力势能的探讨
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流体压强与流速的关系流速改变如何影响压强变化流体压强与流速的关系——流速改变如何影响压强变化流体力学是研究流体流动规律的科学。
其中,流体压强和流速是流动过程中重要的物理量。
本文将探讨流体压强与流速之间的关系,以及流速变化如何影响压强的变化。
一、流体压强与流速的基本概念流体压强是指单位面积上受到的作用力。
在流体静止时,压强等于静压,即流体对单位面积所施加的力。
而在流体流动时,除了静压外,还存在流速引起的动压。
流速是指流体单位时间通过截面的体积。
它与流体的速度密切相关。
流速的变化会导致流体流动形态的改变,从而对压强产生影响。
二、流体压强与流速的关系1. 流速增大时,压强降低:根据伯努利原理,当流速增大时,流体的动能增加,而静能(即静压)减小,从而导致压强降低。
这也是我们常见的喷水嘴或喷水枪的工作原理,在喷嘴缩小的截面处,水流速增大,压强降低,从而形成高压的水柱。
2. 流速减小时,压强增加:与上述相反,当流体流速减小时,流体的动能减小,静能(即静压)增加,压强增加。
典型的例子是水管中的收缩段,当水流通过收缩段时,由于截面积减小,流速减小,从而导致压强增加。
三、流速改变如何影响压强的变化流速的改变会直接影响流体分子的运动,从而引起压强的变化。
具体来说,当流速增大时,流体分子的碰撞频率增加,与容器壁面的冲击力也增加,使得压强降低。
而当流速减小时,流体分子的碰撞频率减小,与容器壁面的冲击力也减小,导致压强增加。
在实际应用中,我们可以利用流速的变化来控制压强。
例如,在给水系统中,通过调节水泵的工作状态可以改变流速,从而调控水压。
同样地,在气象学中,通过调整风速可以影响空气压强,从而改变天气条件。
总而言之,流体压强与流速之间存在密切的关系。
当流速增大时,压强降低;当流速减小时,压强增加。
流速改变会直接影响压强的变化,通过调节流速可以实现对压强的控制。
这种关系和应用在日常生活中有着广泛的应用价值和实际意义。
流体压强与流速的关系知识点总结一、流体压强与流速的关系基本概念。
1. 流体。
- 定义:液体和气体都具有流动性,统称为流体。
例如水是常见的液体流体,空气是常见的气体流体。
2. 压强与流速关系。
- 内容:在气体和液体中,流速越大的位置压强越小;流速越小的位置压强越大。
- 实验探究:- 典型实验:对着两张平行放置的纸吹气,两张纸会相互靠近。
这是因为吹气时,两纸之间空气流速大,压强小,而纸外侧空气流速小,压强大,在内外压强差的作用下,纸张相互靠近。
- 飞机机翼升力原理:飞机机翼的形状是上凸下平的。
当飞机飞行时,空气流过机翼,上方空气流速大,压强小;下方空气流速小,压强大。
从而产生向上的升力,使飞机能够在空中飞行。
二、生活中的应用实例。
1. 球类运动。
- 足球中的“香蕉球”:运动员在踢球时,使球一侧的空气流速快,另一侧空气流速慢。
比如用右脚内侧踢球的右侧,球就会向左旋转。
球左侧空气流速快压强小,右侧空气流速慢压强大,这样球就会在空中沿弧线飞行。
2. 通风系统。
- 火车站台安全线:当火车高速行驶时,火车周围空气流速大,压强小。
如果人离火车太近,身后的大气压会把人推向火车,非常危险。
所以站台设置安全线,提醒乘客与火车保持一定距离。
- 家用通风扇:通风扇工作时,扇叶转动使附近空气流速加快,压强变小,从而使室内的空气流向通风扇,达到通风换气的目的。
3. 航海中的应用。
- 帆船航行:帆船的帆是利用了流体压强与流速的关系。
风吹向帆时,帆的形状使得帆的一侧空气流速大,另一侧流速小,从而产生压强差,推动帆船前进。
三、相关计算与简单应用中的分析思路。
1. 分析思路。
- 首先确定研究对象(是气体还是液体的流动情况),然后找出流速不同的位置,根据流速大小判断压强大小,再根据压强差分析物体的受力情况或者流体的流动方向等。
2. 简单计算示例(较少涉及复杂计算)- 例如:已知水管粗细不同的两段,粗管横截面积是细管的2倍,水在粗管中的流速是1m/s,求水在细管中的流速。
流体速度对压强的影响流速变化如何改变流体的压强流体速度对压强的影响及流速变化如何改变流体的压强流体压强是指单位面积上流体受到的压力。
在流体力学中,流体的速度对其压强产生了直接影响。
本文将探讨流体速度如何改变压强,并进一步研究流体速度变化对压强的影响。
一、流速和压强的关系根据流体力学的基本原理,流速的变化会直接影响流体的压强。
当流速增大时,流体分子的碰撞频率增加,流体分子对容器壁的冲击也增强,从而增加了流体的压强。
相反,当流速减小时,流体分子的碰撞频率减小,流体的压强也相应减小。
在通过管道中的流体中,由于流速的变化会导致压强的变化,可以得出以下式子来描述流体的压强与流速之间的关系:P1 + 1/2ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv2^2 + ρgh2其中,P1和P2分别为两个位置上的压强;v1和v2为两个位置上的流速;ρ为流体的密度;g为重力加速度;h1和h2为两个位置上的高度。
从上述式子可以看出,流速的增加会导致压强的减小,反之亦然。
二、流速变化对压强的影响1. 流速增加时的压强变化:当流速增加时,根据流体速度和压强的关系,压强会减小。
这是因为流速增加导致了流体分子碰撞的频率增加,使得流体分子对容器壁的冲击增强,使压强减小。
在实际应用中,可以通过如下实例进行说明:水流通过水龙头时,如果将水龙头打开,水流的流速将增加,同时水流露出处的压强也会相对减小。
2. 流速减小时的压强变化:当流速减小时,压强会相应增加。
这是因为流速的减小导致流体分子碰撞的频率减小,使得流体分子对容器壁的冲击减弱,压强增加。
以一个实例进行说明:当水流通过一段装有小孔的管道时,小孔离水源越远,水压越高。
这是因为水流的流速逐渐减小,从而使压强增大。
综上所述,流速的变化直接影响着流体的压强。
流速增加会使压强减小,流速减小会使压强增加。
在实际应用中,我们可以利用这个原理,例如在节水花洒设计中,通过调整出水孔的大小以改变水流速度,从而实现减小水压或增加水压的目的。
流体压强与流速的关系及其应用研究流体力学是研究流体运动规律的科学,其中流体压强与流速是流体力学中非常重要的两个参数。
本文将探讨流体压强与流速之间的关系以及这种关系在实际应用中的研究。
一、流体压强与流速之间的关系流体压强是指单位面积上作用的力的大小,它与流体内部分子间的相互作用有关。
对于静止的流体,其压强只与其深度相关。
根据帕斯卡定律,任何一个处在流体中的点所受到的压强都相等。
换句话说,流体压强在静止的情况下是均质的。
然而,当流体处于运动状态时,流速的变化将会导致流体压强的变化。
根据伯努利定律,当流速增加时,流体压强会降低;反之,当流速减小时,流体压强会增加。
这可以通过流体动能和静压力之间的转换来解释。
当流体加速时,其动能增加,因此静压力减小,从而降低了流体压强。
而当流体减速时,动能减小,静压力增加,导致流体压强上升。
二、流体压强与流速的应用研究1. 管道流动研究在管道流动研究中,流体压强与流速之间的关系被广泛应用。
例如,通过测量管道入口处和出口处的流速和压强来确定管道的流量。
根据流体力学理论,当流速增加,压强降低,可以根据压强差计算管道流量。
2. 汽车空气动力学研究汽车空气动力学研究中流体压强与流速的关系也非常重要。
例如,当车辆行驶时,车辆前方的空气流动会导致压强分布的变化,从而影响车辆的稳定性和燃油效率。
通过研究流体压强与车辆速度、空气流动的关系,可以优化车辆的设计以提高性能。
3. 水力发电研究在水力发电系统中,流体压强与流速之间的关系对于电力的产生至关重要。
通过引导水流经过水轮机,在水流加速的同时,流体压强降低,从而提供动力驱动发电机。
这种应用利用了流体压强与流速之间的直接关系,实现了水力能源的转化。
4. 血液循环研究流体压强与流速的关系在医学领域中也具有重要意义。
例如,研究血液在动脉和静脉中的流动速度与压强变化,有助于了解血液循环机制以及相关疾病的诊断和治疗。
结论流体压强与流速之间存在着密切的关系,根据伯努利定律,当流速增加时,流体压强降低;反之,当流速减小时,流体压强增加。
知识点一:流体压强与流速关系1、流体:液体和气体。
2、液体压强与流速的关系:在气体和液体中,流速越大的位置压强越小。
【微点拨】流体压强与流速关系1、流体:物理学中把没有一定形状、且很容易流动的液体和气体统称为流体,如:空气、水。
2、流体压强与流速的关系:气体流速大的位置压强小;流速小的位置压强大。
液体也是流体。
它与气体一样,流速大的位置压强小;流速小的位置压强大。
轮船的行驶不能靠得太近就是这个原因。
知识点二:流体压强的应用1、飞机的升力的产生:飞机的机翼通常都做成上面凸起、下面平直的形状。
2、当飞机在机场跑道上滑行时,流过机翼上方的空气速度快、压强小,流过机翼下方的空气速度慢、压强大。
3、机翼上下方所受的压力差形成向上的升力。
【微点拨】流体压强与流速关系及应用1、生活中跟流体的压强相关的现象:(1)窗外有风吹过,窗帘向窗外飘;(2)汽车开过后,路面上方尘土飞扬;(3)踢足球时的“香蕉球”;(4)打乒乓球时发出的“旋转球”等。
2、生活中与流体压强的解答方法:在实际生活和生产中有许多利用流体压强跟流速的关系来工作的装置和现象,如飞机的机翼形状、家用煤气灶灶头工作原理、小汽车外形的设计等。
利用这些知识还可以解释许多常见现象,如为什么两艘船不能并排行驶、列车站台上要设置安全线等。
(1)首先要弄清哪部分流速快,哪部分流速慢;(2)流速快处压强小,压力也小,流速慢处压强大,压力也大;(3)流体受压力差作用而产生各种表现形式和现象。
例如:如图是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图,犬鼠的洞穴有两个出口,一个是平的,而另一个则是隆起的土堆,生物学家不是很清楚其中的原因,他们猜想:草原犬鼠把其中一个洞的洞口堆成了包状,是为了建一处视野开阔的嘹望台,但是如果这一假设成立的话,它又为什么不在两个洞口都堆上土包呢?那样不是有两个嘹望台了吗?实际上两个洞口形状不同,决定了洞穴空气的流动方向。
吹过平坦表面的空气运动速度小,压强大;吹过隆起表面的空气流速大,压强小。
流体流速变化对压强的影响流体的流速是指单位时间内流体通过单位截面积的体积。
在流体运动中,流速的变化会对压强产生影响。
本文将深入探讨流体流速变化对压强的影响,从而帮助读者理解流体力学中的重要概念。
1. 流速与压强的关系流速和压强之间存在着密切的关系。
根据流体力学的基本原理,流体在不同速度下的压强是不同的。
当流体的流速增大时,压强会减小;当流速减小时,压强则会增大。
这是由于流体流动时,其动能和静能之间的转化所导致的。
2. 流速增大对压强的影响当流体的流速增大时,由于流体分子碰撞的频率增加,流体分子与容器壁之间的碰撞也增多,进而导致单位时间内所受的压力减小。
这种减小的压力即为压强的降低,从而使得流体的压强随流速的增大而降低。
流体流速增大对压强的影响可以通过伯努利定律进行解释。
伯努利定律指出了在稳态流动中,当流速增大时,流体压强会降低。
这是由于流体运动时,其动能的增加要平衡流体静能的减少,所以流速的增大必然伴随着压强的降低。
具体而言,当流速增大时,流体分子的动能增加,而其静能减小。
根据伯努利定律,动能和静能之和在稳态流动中保持恒定,所以当动能增加时,其它能量形式(如静能)必须减小,进而导致压强的降低。
3. 流速减小对压强的影响与流速增大相反,当流体的流速减小时,流体分子碰撞的频率减小,从而导致单位时间内所受的压力增加。
这种增加的压力即为压强的增加,从而使得流体的压强随流速的减小而增加。
同样地,流体流速减小对压强的影响也可以通过伯努利定律进行解释。
当流速减小时,流体分子的动能减小,而静能增加。
根据伯努利定律,在稳态流动中,动能和静能之和保持恒定,所以当动能减小时,静能必然增加,进而导致压强的增加。
4. 流速变化与压强的应用流体流速变化对压强的影响在实际生活中有着广泛的应用。
例如,在水流中,由于流速的变化,可以通过水压的增减来实现流体的输送、流速调节等。
这在水利工程、供水系统以及工业生产中具有重要作用。
此外,了解流体流速变化对压强的影响,还可以应用于流体力学的各种问题求解。
流体流速与压强变化的关系研究速度越大压强越大流体力学是研究流体力学性质和流体力学规律的学科。
流体流速与压强是流体力学中的两个重要参数,它们之间存在着一定的关系。
本文将从理论角度探讨流体流速与压强变化的关系,并通过实验验证其准确性。
一、流体流速与压强变化的理论分析在理想条件下,流体流速与压强之间存在着密切的关系。
根据伯努利定律,当一条流体管道中的速度越大,其压强就越小。
这是由于流体流动过程中,流体粒子上同时承受着来自于周围流体粒子的撞击力和所受压力差的作用。
当流速增大时,撞击力变大,从而压强减小。
另外,根据庞加莱定律,流体在收缩段速度增加,压强将降低。
这是因为当流体流动过程中出现管道的收缩,流体粒子间的碰撞频率增加,导致了流体流速的增加和压强的降低。
综上所述,流体流速与压强呈反比关系。
速度越大,压强越小。
这一理论结论在众多流体力学实验中得到了验证。
二、实验验证流体流速与压强变化的关系为了验证理论结论,我们进行了一系列的实验。
实验采用了标准的流体力学实验设备,包括流体管道、流速测量仪器和压强传感器等。
在实验中,我们通过控制流体的流速,测量了不同流速下的压强变化。
实验结果表明,在相同流速条件下,压强随流速的增大而减小。
这与理论分析一致。
进一步的实验还验证了流体管道的收缩对流速和压强的影响。
实验表明,在管道收缩的情况下,流速增加,压强降低。
这一结果再次印证了流体流速与压强变化的关系。
三、流体流速与压强变化的应用流体流速与压强变化的关系在实际应用中有着广泛的应用。
例如,在工程施工中,流体的流速与压强变化关系需要被充分考虑。
当流体需要通过管道输送时,为了确保流体能够顺利流动,需要合理设计管道的直径和收缩程度,以保持适当的流速和压强。
这样可以避免由于过高的流速和压强而对管道和设备造成损坏。
此外,在航空航天领域,流体流速与压强变化的关系也发挥着重要的作用。
例如,在飞机机翼的设计中,流体流速和压强的分布对机翼的升力和阻力有着直接影响。
流体压强与流速关系及压力势能探讨(山东省嘉祥县卧龙山街道卧龙山中学:李殿亮)我们现在初中物理课本中,对于流体速度和压强的关系都是这样叙述的“在流体速度大的地方压强小,在流体速度小的地方压强大”。
我个人认为这个观点和结论是错误的。
例如我们拿着一张纸,让纸竖直下垂,然后我们对着纸垂直吹气,可以看到纸斜向上飘起,此时纸的下方气体流动的速度一定大于纸上方气体的速度,按照上面的结论,纸下方气体流速大向上的压强小,同理纸上方的气体向下的压强大,两者的合力向下,纸应向下运动,由于纸受重力作用方向又向下,纸更应该向下运动,而不应向上飘起。
如此简单的事例,就说明课本上的结论不对。
为什么会出现这样的错误结论?首先我们向初中生介绍的应是最简单的理想流体,而不是情况复杂的粘性流体。
对于理想流体我们常用伯努利方程来解释,伯努利方程的实质是机械能守恒,内容是动能加重力势能加压力势能等于常数。
因此对于流体压强与流速的关系,我们应从能量的转化来解释。
其推论应是“在高度不变时即重力势能不变时,只有压力势能和动能相互转化时,动能变大时压力势能变小,动能变小时压力势能变大。
”即正确的说法是“流体自身在没有与其他物体发生能量转化时,在机械能守恒的条件下,在高度不变时即重力势能不变时,只有压力势能和动能相互转化时,流体在速度变大时压强变小,在速度变小时压强变大。
它描述的是在机械能守恒的条件下,流体自身进行的机械能的转化,不是描述的流体与其他物体之间的能量转化。
”更不应描述成“流体在速度大的地方压强小,在速度小的地方压强大。
”是我们不注意适用的条件,断章取义造成描述的不对,让学生产生了错误的理解,给学生一个错误的指导。
这样我们培养的学生在以后的日常生活中遇到流体压强与流速关系的问题时。
就会用书上的错误观点处理问题,不知道气体的压强大小主要与气体密度有关。
不从能量的转化角度思考问题。
我们先了解一下有关流体力学的理论:流体分为理想流体与粘性流体。
对于粘性流体由于流体中存在着粘性,流体的一部分机械能将不可逆地转化为热能,并使流体流动出现许多复杂现象,例如边界层效应、摩阻效应、非牛顿流动效应等。
自然界中各种真实流体都是粘性流体。
有些流体粘性很小(例如水、空气),有些则很大(例如甘油、油漆、蜂蜜)。
当流体粘度很小而相对滑动速度又不大时,粘性应力是很小的,即可近似看成理想流体。
理想流体一般也不存在热传导。
实际上,理想流体在自然界中是不存在的,它只是真实流体的一种近似模型。
但是,在分析和研究许多流体流动时,采用理想流体模型能使流动问题简化,又不会失去流动的主要特性并能相当准确地反映客观实际流动,所以这种模型具有重要的使用价值。
对于粘性流体:首先将粘性考虑在内的流体运动方程则是法国C.-L.-M.-H. 纳维于1821年和英国G. G. 斯托克斯于1845年分别建立的,后得名为纳维-斯托克斯方程,它是流体动力学的理论基础。
由于纳维-斯托克斯方程是一组非线性的偏微分方程,用分析方法来研究流体运动遇到很大困难。
为了简化方程,学者们采取了流体为不可压缩和无粘性的假设,却得到违背事实的达朗伯佯谬——物体在流体中运动时的阻力等于零。
因此,到19世纪末,虽然用分析法的流体动力学取得很大进展,但不易起到促进生产的作用。
与流体动力学平行发展的是水力学(见液体动力学)。
这是为了满足生产和工程上的需要,从大量实验中总结出一些经验公式来表达流动参量之间关系的经验科学。
使上述两种途径得到统一的是边界层理论。
它是由德国L. 普朗特在1904年创立的。
普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化,从推理、数学论证和实验测量等各个角度,建立了边界层理论,能实际计算简单情形下,边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。
以上都是关于粘性流体的一些知识。
理想流体是不可压缩、不计粘性(粘度为零)的流体。
现实中并不存在理想流体,但理想流体模型可应用于一些粘性影响较小的情况中,使问题得以简化。
我们再解释上面的例子,当吹出的气体遇到竖直下垂的纸的阻力时,气体的动能就减小转化成压力势能,压力势能变大,压强变大。
纸斜向上飘起,当使纸顺时针方向旋转的力矩与使纸逆时针方向旋转的力矩相等时,纸就不再上飘了。
以后再吹出的气体受阻压强(压力势能)变大后,马上对纸的斜下方的气体膨胀做功,又再次把气体的压力势能转化成气体的动能,此时纸下方的气体密度应大于纸上方的气体密度,向上的压强大于纸上面气体向下的压强,气体速度也大于纸上方的气体速度。
原因是我们吹的能量(增加的能量)转化成了纸下方的气体的动能和气体的压力势能,因此纸下方的气体的速度变大和压强也变大,因此纸斜下方的气体速度大于纸斜上方的气体速度,纸斜下方的气体压强大于纸斜上方的气体压强。
这个例子说明流体速度大的地方,流体的压强也大,与物理课本上的内容矛盾。
原来这个例子根本就不符合伯努利方程的适用条件,我们的吹是在不断的补充机械能量,使流体的机械能(动能和压力势能)在增大,流体的机械能根本不守恒。
什么是压力势能。
我认为:当物体四周都受到向中间挤压的压力作用后,物体的体积一定缩小;物体就有了反抗这种变化而要膨胀做功的本领,我们把这种因物体体积的大小发生变化而具有的做功的本领叫做压力势能。
因此压力势能等于E=pV 。
以气体为例,来说明压力势能是如何变化的。
由理想气体状态方程可知,压力势能E=pV=nRT ,一定量处于平衡态的气体,其状态与压强p、体积V 和温度T有关。
但真实气体的状态通常十分复杂,而理想气体的状态方程具有非常简单的形式。
一般而言,在较高温度,较低压强,气体的物理行为比较像理想气体。
对于理想气体:对抗分子间作用力的机械能(内能中的分子势能部分),与分子的动能(内能中的分子动能部分)相比,变得较不显著;另外,分子的大小,与分子与分子之间的相隔空间相比,也变得较不显著。
因此认为气体的内能只包括气体内所有分子无规则运动引起的动能即热能,忽略分子之间由于作用力而产生的势能。
分子无规则运动的动能与温度有关;温度越高分子无规则运动的动能就越大,也就是一定量的气体温度越高内能越大。
一定量的气体,在温度不变时,理想气体的内能是不变的,所以压力势能是不变的。
可见气体的压力势能就是气体内能中的分子动能,忽略分子之间的势能。
当对实际的气体压缩做功时,气体温度T是升高的,气体的体积V是缩小的,压力势能是增大的。
对气体做功,气体被压缩后的气体的压力势能用p1V1=nRT 1表示;没压缩前,气体的压力势能用pV=nRT表示,那么压缩气体做的功W=p1V1—pV=nRT 1—nRT=nR(T1-T) 。
由于我们对气体压缩做功的过程,就是气体压力势能增大的过程,可见压缩气体时,E=pV的乘积,压力势能是变大的,压强也是变大的。
这也可以由公式可推出nR=p1V1/T 1=pV/T,推出p1=T1VP/TV1 ,又由于T1>T , V>V1 ,所以T1V/TV1 >1 ,所以p1>p 。
由此对于实际的气体得出一个这样的规律:对于一定量的气体(物质的量摩尔数不变),压缩气体做功时,气体的压力势能增大(内能增大,温度升高),气体体积V缩小,气体的压强p变大;反之,气体膨胀对外做功时,气体的压力势能变小(内能变小,温度降低),气体体积V变大,气体的压强p变小。
这也可从微观方面,由气体压强产生的原因来解释:1:气体的压强是大量的气体分子频繁地碰撞容器壁而产生的。
2:气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
3:影响气体压强的两个因素:(1)气体分子的平均动能;从宏观上看是气体的温度。
(2)单位体积内的分子数(即分子的密集程度),从宏观上看是单位体积的气体的物质的量(摩尔数)。
可见压缩气体后气体的温度高了,气体分子的平均动能大了,平均单个分子对器壁碰撞产生的力就大了;气体的体积变小了,单位体积的气体分子个数就多了,气体分子的密集程度大了,单位面积上对容器壁碰撞的分子个数就多了,由于这两个原因,所以气体的压强p也就变大了。
再由E=pV=nRT可知:气体压力势能就是气体的内能(刚性理想气体的内能等于气体全体分子的总动能),其大小是由气体的物质的量(摩尔数)和温度及常数的乘积决定的。
对于流动的气体,要使气体压强变大(使气体的压力势能增大)也得给气体压力,压缩气体做功。
对于流动的气体,在运动气体方向的前方,放一个阻挡气体运动的物体时,在物体前方的气体被阻挡,气体就被压缩了,气体的压力势能变大,温度升高,压强变大,气体速度变小。
反之气体膨胀做功,得出相反结论。
因此得出:流动的气体压强变大时,速度变小,温度升高;流动的气体,压强变小时速度变大,温度降低。
由于力是使物体运动状态发生变化的原因,上面的结论是正确的,但它的逆命题不一定正确。
也就是流动的气体速度变小时,压强不一定变大;气体速度变大时,压强不一定变小。
要使逆命题正确的条件是:流动的气体,当只发生动能和压力势能的相互转化时,速度变小,压强变大;速度变大,压强变小。
对于液体,以水为例:我们把水盛在容器里,由于水具有流动性,水又受到重力作用,上方大气向下的压力作用,容器壁的阻力作用,就形成了对水向中间的挤压力作用,水的体积一定变小;这个变化很小但一定有。
水就反抗这种变化,而就有了要对外膨胀做功的本领,水就有了压力势能(压强)。
总之:水的压力势能都是由于受到重力作用而产生的。
当把一杯水带到太空的宇宙飞船上,(或让这杯水自由下落)使水处于失重状态时,由p=ρgh 及此时g是0N/kg可知:水产生的压强是0帕,所以失重状态的水不会产生压强,也没有压力势能,也不会对浸在其中的物体产生浮力作用。
由压力势能E=pV可知,在地球表面,在容器中的自然状态(没有人为给的压力)的静止液体,其压力势能是不变的。
对于流动的液体,由上面对流动的气体压强的变化分析可知,一定量的流动液体,要使流动的液体压强(压力势能)变大时,也要使流动的液体速度(动能)变小,即流速变小就是压缩流动的液体做功,那么流动的液体的压力势能就变大,流动的液体体积一定变小。
虽然液体体积变化很小,但一定有。
在前人研究流体时,把液体看作不可压缩和无粘性的理想流体,以这个假设为基础,推出了违背事实的达朗伯佯谬(物体在流体中运动时的阻力等于零);但实际上液体的体积是变化,虽然小但一定有。
当假设液体体积没有变化时,一定不能得出正确的结论。
这也是产生达朗伯佯谬的一个原因。
由上面得出:对于一定量的流动的液体:当只发生压力势能和动能的相互转化时流体压强变大时,速度变小;流体压强变小时,速度变大。
同理流体速度变小时,压强变大;流体速度变大时,压强变小。
可以看出,流体的压力势能的变化和流体速度的变化和流体压强的变化的关系并不是物理课本上所说的那样:“在流体速度大的地方压强小,在流体速度小的地方压强大。