淺談斯托克斯定律的應(yīng)用

淺談斯托克斯定律的應(yīng)用〔〕:

摘要：斯托克斯定律是大學(xué)物理中流體力學(xué)局部的重點(diǎn)，同時(shí)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文通過介紹了幾種斯托克斯定律的應(yīng)用，加深學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)該定律的理解和掌握。

關(guān)鍵詞：斯托克斯定律；大學(xué)物理；沉降速度

本文引用格式：周清曉.淺談斯托克斯定律的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(68):230-232.

TheApplicationofStokesLaw

ZHOUQing-xiao

(CollegeofPhysicsandEngineering,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang)

Abstract:StokeslawisimportantinfluidmechanicsofCollegePhysics,anditiswidelyusedinvariousfields.ThispaperintroducedtheapplicationofStokeslawstodeepenstudents"understandingandmasteryofthelawduringtheprocessoflearning.

Keywords:Stokeslaw;Subsidencespeed;Collegephysics

斯托克斯定律是流體力學(xué)中的一個(gè)重要定律，而流體力學(xué)是大學(xué)物理教學(xué)中的重點(diǎn)知識(shí)。本文從不同方面介紹了斯托克斯定律的應(yīng)用，以加深學(xué)生對(duì)斯托克斯定律的理解，進(jìn)步學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的才能【1】。

一斯托克斯定律

實(shí)際的液體都具有不同程度的粘滯性，當(dāng)粘性流體做層流時(shí)，相鄰兩層之間存在速度差，層與層之間存在著摩擦力。當(dāng)物體在粘性流體中運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，物體的外表附著一層流體，我們稱為附著層。附著層與相鄰層之間的摩擦力，使得物體在運(yùn)動(dòng)的過程中需要抑制這一阻力。假設(shè)物體是體積較小的球形，在層流速度較小的流體中運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，球體所受的粘滯阻力可用斯托克斯定律來描繪【2】。1851年，英國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家斯托克斯發(fā)現(xiàn)了可以描繪這一阻力的公式，我們稱之為斯托克斯定律：

〔1〕式中eta;是流體的粘度系數(shù)，v是小球相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度，r是小球的球體半徑。〔1〕式也稱為斯托克斯公式，利用它可以計(jì)算小球在粘性流體中運(yùn)動(dòng)的沉降速度、測(cè)定流體黏度以及微小的球形顆粒半徑等。

二斯托克斯定律的應(yīng)用

〔一〕沉降速度

假設(shè)有一個(gè)小球在粘性流體中下沉，此時(shí)小球收到了三個(gè)力：豎直向下的重力G、豎直向上的浮力F和流體的粘性阻力f。小球剛開始下落的時(shí)候，重力大于浮力，球體做加速運(yùn)動(dòng)。隨著下沉速度越來越快，小球所受的粘滯阻力隨著速度增大。當(dāng)速度增大到某個(gè)值時(shí)，重力、浮力和粘性阻力三個(gè)力平衡，接著小球開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，小球的速度我們通常稱之為收尾速度或者沉降速度。假設(shè)rho;為小球的密度，sigma;為粘性流體的密度。小球所受的重力可以表示為，所受的浮力為，粘性阻力為，當(dāng)小球到達(dá)沉降速度時(shí)，我們根據(jù)

其中rho;為油滴的密度，sigma;為空氣的密度，r為油滴的半徑。然后在平行板上加電壓U，如圖1〔b〕所示，油滴處在場(chǎng)強(qiáng)為E的靜電場(chǎng)中，其所受靜電場(chǎng)力qE與重力方向相反。當(dāng)靜電場(chǎng)力大于重力時(shí)，油滴加速上升，由于油滴受到阻力的作用，上升一段間隔后，將以ve的速度勻速上升，可得

三總結(jié)

本文通過列舉了不同領(lǐng)域中斯托克斯定律的應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)該定律的掌握和理解，為進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和大學(xué)物理的課堂教學(xué)質(zhì)量提供一定的參考。

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