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空氣靜力學

鎖定
空氣靜力學指的是研究氣體靜止時的現象以及相關力學行為的科學。
中文名
空氣靜力學
外文名
aerostatics
簡    介
流體靜力學
研究對象
靜止的氣體
基本方程
dV = dx·dy·dz

空氣靜力學基本概念

空氣靜力學研究氣體靜止時的現象以及相關力學行為的科學。這樣的現象和行為可以用數學表達式來表述,稱為流體靜力學基本方程式。
研究在重力作用下,氣體和浸沒在氣體中的固體的平衡規律的科學。空氣力學的分支學科。它以空氣或其他氣體以及浸沒其中的氣體介質中的物體為研究對象。 [1] 

空氣靜力學研究對象及內容

①研究空氣或其他氣體的力學平衡;
②研究浸沒在氣體介質中的物體的平衡。空氣靜力學有着廣泛的應用。某些氣象狀態、氣球和飛艇的飛行都是以空氣靜力學原理為基礎的。
在許多問題研究中,因研究對象受空氣靜力的控制、而不必考慮某些運動,如大氣,雖然由於風和湍流屬於大氣運動,但在壓力和密度關係上仍然依據空氣靜力學原理進行研究。 [1] 

空氣靜力學基本方程

由於靜止液體中無剪切力,則某點壓強的大小與面的方位無關,即空間內任一點處有唯一的壓強值。靜止液體中的兩點間的壓強差等於液體單位體積重量(即重度γ)與該兩點鉛垂高度差 (Δh)的乘積。
為了導出液體靜力學基本方程我們考察以下對象:在重力場中,一個立方體形狀的流體微元受重力加速度g的作用。
流體靜力學示意圖 流體靜力學示意圖
dV = dx·dy·dz
密度為 ρ,上表面壓強為 p(y)。下表面壓強為(方向相反) p(y) + dp.
dP=ρ(fxdx+fydy+fzdz)
由上式可知,空間各點壓強相等的面(稱為等壓面)的法線方向與質量力的方向一致。
當物體淹沒於靜止液體之中時,作用於物體上的靜水總壓力,等於該物體表面上所受到靜水壓力的總和。作用在淹沒物體上的靜水總壓力只有一個鉛垂方向上的力,其大小等於該物體所排開的同體積的水重。P=ρgV
一切浸沒在液體中或漂浮在液麪的物體,除受重力G作用外,還受到液體上浮力FB的作用。
重力的作用線通過重心而鉛垂向下,浮力的作用線通過浮心而鉛垂向上。

空氣靜力學創始人

古希希臘的著名物理學家 阿基米德。其著作《論浮體》(On Floating Bodies)是歷史上研究流體靜力學的第一部作品。
阿基米德是古希臘著名數學家和物理學家。出生於西西里島敍拉古一貴族之家。自幼熱愛學習,並曾去亞歷山大里亞求學,師事歐幾里得的門徒柯農,學習哲學、數學、天文學、物理學等多科知識。返敍拉古後,專事科學研究,在繼承歐幾里得學識基礎上,注重數學在實際中的應用,發展並加深了著名的窮竭法。在世界上首次提出計算圓周率的科學方法。把數學和力學、機械學的研究結合在一起,創造了槓桿,並應用於實際。埃及人從泥羅河汲水澆地的螺旋提水器,就是一例。他建立了流體靜力學,提出著名的阿基米德原理。在第二次布匿戰爭中,敍拉古利用他的發明創造,重創羅馬軍。公元前212年,羅馬軍隊統帥在攻陷敍拉古城之後,召請阿基米德,他要求士兵容他做完幾何題再去,被一士兵揮劍砍死,時年七十五歲。後世的數學家尊其為“數學之神”,物理學家亦對他推崇備至。 [2] 

空氣靜力學應用

空氣靜力學的在實際當中的應用十分廣泛。工程、水利等方面的作用尤其明顯。
參考資料