人人都会流体力学—— 一、流体的性质和静力学

一、流体的性质和静力学

用压力锅煮饭

通常我们生活在1个大气压下，与此相对的是，密封容器在加热的情况下压力会升高，压力锅内的气压会升到2个大气压。

在2个大气压状态下，水的沸点不再是100℃，而是120℃，水的沸点升高，做饭的时间就缩短了很多。容器中的流体分子不断的撞击容器内壁，这样就形成了压力。而力学中压力的作用效果成为压强，指的是垂直作用于物体上单位面积的力。

绝对压强：以真空为起点

表压：以大气压为起点

绝对压强就是大气压加上表压。由于气象条件的不同，大气压强不断变化，所以通常用表压比较方便，例如汽车轮胎的其他压强就是用表压。

帕斯卡原理：施加于静止流体上一点的压强将以等值同时传递到各点。换一种说法就是向盛放在密封容器中水的一部分施加压强的时候，同样大小的压强将传递到各个方向。

如果很难理解帕斯卡原理的话，那么可以想象下面这个情景：满员的公交车上用力向前推乘客。

被推的乘客1同样也会向前推站在自己前方的乘客2，被乘客1推的乘客2同样也会向前推站在自己前方的乘客3，以此类推，公交车上所有的乘客都会感受到“压强”。所以在没有可以逃脱的地方，的确会向着所有的方向传递。

在帕斯卡原理中需要特别注意的是：虽然压强的大小一样，但是压力=压强X面积的大小并不相等。

如上图所示，将管内注满水，就会出现两个水平面。右侧容器B的水平面面积是左侧A的10倍。如果给活塞A施加10N的力。那么水平面上会产生压强p，那么根据帕斯卡原理，这个p也会传递到B容器的水平面上，并且是等值的，B水平面上的压强也为p。

同时因为B水平面的面积为A的十倍，那么B水平面上活塞所受到的压力就成了100N。

那么说这么多，有什么用呢？很简单，这就是油压千斤顶的原理。

继续，我们明白了帕斯卡原理及其应用，想象平常潜水的时候为什么要带潜水耳塞呢？通常认为就是因为如果没有戴好潜水耳塞，耳朵会产生一阵严重的刺痛感。

首先，当潜入水后，随着深度的不断增加，水的压力也在不断增强，在水深的地方，耳朵鼓膜外侧水的压强增加，而鼓膜内侧的压力依然是和地面一样的，因此鼓膜就会被压入耳内。就会产生严重的刺痛感。同样的，要是突然升到很高的地方，同样也会出现刺痛感，鼓膜内侧的压强大于外侧的压强，鼓膜会向外侧涨出。

无论是下降到地下很低的地方还是上升到地面很高的地方，以地面压强为准，此时压强与标准压强的压强差用  来表示：  ,耳朵疼痛感就是来源于这里的压强差。

继续来，我们平常去各个城市的海洋馆玩的时候，通常都会有一面巨大的玻璃水槽，里面盛装了大量的水同时有海洋生物在游动供游客观赏。举例来说，一个巨型水槽，长35米，宽27米，深度为10米，盛装水的质量约7500吨，这么重的水，水槽正面的丙烯酸玻璃高8.2米，宽22.5米，厚度为60厘米，防护板的重量有135吨。一头大型非洲象的质量为7.5吨，也就是说这个水槽里水的质量相当于1000头非洲象的重量。那防护板135吨的重量在1000头非洲大象面前感觉不值一提，摇摇欲坠么？

首先说结论，不会，会的话早见极乐世界了。

我们用P来表示水槽防护板受到的压力：  ,压力P等于流体的密度ρ乘以重力加速度g乘以到重心位置的深度  再乘以墙壁的面积A所得到的数值。

随着水槽体积的增大，  和A的值也就相应变大，压力P也就会更大，为了承受巨大的P，水槽壁也就不得不变厚。这就是流体力学在生活中的用处之一。

再来，大家在生活中应该都知道船只浮在水面上而不会下沉是因为浮力，但是我将跟大家思考的更深一点。

船只不会沉没，主要原因在于他的特殊形状，虽然船只是钢铁制造的但是他的形状很像洗脸盆。我们平常洗澡时加入把洗脸盆放在浴池里，就算很用力的往下按，也很难将它沉入水底，这是因为浮力好像在往上顶一样。浮力的大小：  ，这里的V是物体所排出的流体的体积。

比较同样都是铁质的铁球和铁质洗脸盆，因为洗脸盆的形状特殊，排出来的水比较多，所以产生了较大的浮力，以此类推，船只的形状能够将“物体所排出的流体体积”增大，那么船也不是空船啊，空船的时候会保持平衡，那么当货物和船员都上船了之后，重力和浮力还能维持平衡吗？

可以。

重力增大，浮力也会增大，重力变小，浮力也会变小。从而一直维持平衡。

以上是一些基础的生活现象在流体性质和静力学里的一些解读。接下来难度开始加大了，我尽量用通俗易懂的方式说出来。