为什么水滴下落形成流线型时受到的阻力最小?????????

王朝干货·作者佚名  2011-11-25
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当水滴悬于具有同样密度的媒体(medium)中时,如空气,它们将是完美的球体;借助固体的支持,球状稍微扁平;当水滴穿过空气时,它们又表现出一种新的形状,尽管这种形状比球状更不简单,却仍然是完全对称的,并满足以下的条件,即水滴的形状使它穿越空气时受到的阻力最小,这样一来,它便可以下落得尽可能地快;换言之,下降的水滴完全是流线型的(streamlined)

其实这已经涉及到了流体力学原理部分了。

想谈流线型就不得不谈流线的概念,流体的流动是很有规则的,流体质点运行的轨迹就像是一束线一般,这种流动的状态,叫做线流。线流的分析虽然不易,却还有脉络可循。阻力可以分做两部分:一种可以叫做气压阻力,另一种可叫做摩擦阻力。流体有黏性,所以任何物体若与流体有相对的运动,就会因摩擦而生阻力,物体与流体的接触面积愈大,这摩擦阻力也愈大。流体运动时会形成尾迹,在这尾迹中,流速就比U小(U是流体前方的流速)这就表示,对这飞行的物体而言,它是一直在净收向後的动量。也就是说在遭遇向前的阻力。从另一观点看,当有这尾迹时,物体前方的气压就大於後方的气压,所以就有阻力。这也是为什么我们叫这种阻力为气压阻力。这种气压阻力虽然不是直接来自流体的黏性,却是间接由於流体的黏性。大体而言,尾迹愈宽,气压阻力愈大;尾迹愈窄,气压阻力愈少。一般物体有所谓流线形的,什么叫做流线型呢?就是物体外形在运动时,与流体的流线极其接近,那时尾迹就非常非常窄,因而气压阻力也很小。

水是液体,水滴在下落过程中,在空气作用下不断调整受阻部位,最终达到流线型状态,正好此时各部位达到相对稳定状态,受力也最均衡。

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