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斯托克斯定律

鎖定
球形物體在粘滯層流中克服的阻力:F=6πηυR。式中,R是球體的半徑,υ是它是相對於液體的速度,η是液體的粘滯係數,該式稱為斯托克斯定律。 [1] 
中文名
斯托克斯定律
外文名
Stokes Law
提出者
喬治·斯托克斯
表    徵
靜水中自由沉降速率
學    科
物理學
應    用
化工過程、冶金傳輸

斯托克斯定律簡要概述

當物體在粘滯性流體中作勻速運動時,物體表面附着一層液體,這一液層與其相鄰液層之間有內摩擦力,因此物體在移動過程中必須克服這一阻滯力,如果物體是球形的,而且液體相對於球體作層流運動。若設R是球體的半徑,υ是它是相對於液體的速度,η是液體的粘滯係數,該式成為斯托克斯定律,則根據斯托克斯的計算,球體所受的阻力為:F=6πηυR。 [2] 

斯托克斯定律由斯托克斯定律求沉降速度

設有質量為m,半徑為r的小球,在粘滯係數為η的流體中下沉。小球在靜止時速度為零,其所受的粘滯阻力亦為零。若小球所受的重力大於所受的浮力,則小球加速地下降,速度增加,粘滯阻力亦增加。當達到重力,阻力和浮力平衡時,小球則勻速下降。
設這時小球相對於粘滯液體的速度為υ,並令ρ代表小球的密度,ρ0代表流體的密度,那麼小球的重力mg=4/3*πr^3ρg,小球所受浮力4/3*πρ0r^3g,小球所受阻力為6πηrυ ,則平衡方程:4/3*πr^3ρg=4/3*πρ0r^3g+6πηrυ。
由此得:υ=2/9*(r*r*g/η)*(ρ-ρ0)。
速度υ稱為收尾速度或沉降速度,當小球在粘滯流體中下沉時,若小球的半徑r,ρ,ρ,則可以通過測得沉降速度υ獲得液體的粘滯係數。若ρ,η和ρ0為已知,也可以通過測量速度υ,可求小球的半徑或質量。 [2] 
參考資料
  • 1.    顧柏平 .《物理學教程 第3版 》:高等教育出版社,2016
  • 2.    章新友 .《全國普通高等醫學院校藥學類專業十三五規劃教材 物理學 》:高等教育出版社,2016