醫(yī)用物理第2章-流體的運(yùn)動(dòng)課件

本章作業(yè)：

P57-59：2-1;2-5;2-7;2-8;2-9;2-10;2-132023/9/21醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）本章作業(yè)：2023/8/21醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）流動(dòng)與我們的生活2023/9/22醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）流動(dòng)與我們的生活2023/8/22醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）本章內(nèi)容 基本概念 伯努利方程 粘性流體的運(yùn)動(dòng) 血液循環(huán)丹·伯努利(DanielBernoull,1700-1782)瑞士科學(xué)家.2023/9/23醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）本章內(nèi)容 基本概念丹·伯努利(DanielBernoull基本概念物性分類(lèi)SolidLiquidGasPlasma模量【Module】楊氏模量剪切模量體積模量面積模量流體定義 剪切模量為0的物質(zhì)形態(tài) 有自己的體積，沒(méi)有自己的形狀。2023/9/24醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念物性分類(lèi)2023/8/24醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流體力學(xué)【Hydrodynamics】流體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)流變學(xué)【Rheology】 研究物質(zhì)流動(dòng)與變形的科學(xué)地球流變學(xué)食品流變學(xué)生物流變學(xué)血液流變學(xué)心理流變學(xué)流體的基本屬性壓縮性【體積特性】粘滯性【流動(dòng)特性】2023/9/25醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流體力學(xué)【Hydrodynamics】2023/8/基本概念流體分類(lèi)Idealfluid，NewtonianfluidNon-Newtonianfluid理想流體

絕對(duì)不可壓縮且沒(méi)有粘性的流體牛頓流體與非牛頓流體。

符合牛頓粘滯定律的流體叫牛頓流體，否則叫非牛頓流體。Model2023/9/26醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流體分類(lèi)Model2023/8/26醫(yī)用物理學(xué)（流體基本概念流動(dòng)速度速度場(chǎng)v=v(x,y,z,t)平均流速協(xié)和飛機(jī)落地時(shí)的尾部流場(chǎng)繞圓柱的流動(dòng)火山爆發(fā)2023/9/27醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流動(dòng)速度協(xié)和飛機(jī)落地時(shí)的尾部流場(chǎng)繞圓柱的流動(dòng)火山爆發(fā)基本概念流動(dòng)分類(lèi)穩(wěn)定流動(dòng)非穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)

流體中各點(diǎn)流速不隨時(shí) 間改變的流動(dòng)。v=v(x,y,z)2023/9/28醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流動(dòng)分類(lèi)2023/8/28醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念運(yùn)動(dòng)描寫(xiě)流線(streamline)

流體中的曲線，曲線的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的流速方向。a.流線不能相交；b.穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)流線分布情況不變；c.穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)流線與流體質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)軌跡重合流管(TubeofFlow)由選定的流線構(gòu)成的管子。a.流管內(nèi)外液體不能交換；b.整個(gè)流體可以看成由許多流管組成；c.流線為無(wú)限細(xì)流管。2023/9/29醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念運(yùn)動(dòng)描寫(xiě)2023/8/29醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流量 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道截面的流體體積（m3/s）2023/9/210醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念流量2023/8/210醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念連續(xù)性方程推廣連續(xù)性方程成立的基本條件穩(wěn)定流動(dòng)、流體不可壓縮2023/9/211醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）基本概念連續(xù)性方程推廣連續(xù)性方程成立的基本條件2023/8/伯努利方程意義：理想流體穩(wěn)定流動(dòng)遵循的力學(xué)規(guī)律伯努利方程2023/9/212醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程意義：理想流體穩(wěn)定流動(dòng)遵循的力學(xué)規(guī)律2023/8/伯努利方程【解釋】方程本質(zhì)上是理想流體在重力場(chǎng)中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的功能關(guān)系。方程中高度是相對(duì)量，與參考點(diǎn)有關(guān)，參考點(diǎn)可以選取。方程僅在同一流管中成立，v，h，P均為所在截面處的平均值；當(dāng)截面積趨于0時(shí)，流管變成流線，則方程表示同一流線上不同點(diǎn)的各量的關(guān)系。是單位體積流體的動(dòng)能和勢(shì)能，同時(shí)具有壓強(qiáng)的意義。一般意義上，方程是三項(xiàng)之和守恒。方程通常與連續(xù)性方程聯(lián)合使用。2023/9/213醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程【解釋】方程本質(zhì)上是理想流體在重力場(chǎng)中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的伯努利方程【推導(dǎo)】2023/9/214醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程【推導(dǎo)】2023/8/214醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)伯努利方程【應(yīng)用】壓強(qiáng)與高度的關(guān)系 若流管中流體的流速不變或流速的改變可以忽略時(shí),伯努利方程可以直接寫(xiě)成或流體壓強(qiáng)能與重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,即高處的壓強(qiáng)較小,低處的壓強(qiáng)較大。

2023/9/215醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程【應(yīng)用】壓強(qiáng)與高度的關(guān)系或流體壓強(qiáng)能與重力勢(shì)能之間體位對(duì)血壓的影響

伯努利方程【應(yīng)用】2023/9/216醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）體位對(duì)血壓的影響伯努利方程【應(yīng)用】2023/8/216醫(yī)用伯努利方程【應(yīng)用】流速與高度的關(guān)系水庫(kù)放水水塔經(jīng)管道向城市供水吊瓶輸液特點(diǎn)為液體從大容器經(jīng)小孔流出。

水庫(kù)大壩

水電站2023/9/217醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程【應(yīng)用】流速與高度的關(guān)系水庫(kù)大壩水電站2023伯努利方程【應(yīng)用】流速與高度的關(guān)系小孔流速基本假設(shè)大容器的表面無(wú)限大2023/9/218醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程【應(yīng)用】流速與高度的關(guān)系小孔流速基本假設(shè)2023/管涌現(xiàn)象伯努利方程【應(yīng)用】流速與高度的關(guān)系2023/9/219醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）管涌現(xiàn)象伯努利方程【應(yīng)用】流速與高度的關(guān)系2023/8/21伯努利方程【應(yīng)用】壓強(qiáng)與流速的關(guān)系平行流動(dòng)(重力勢(shì)能不變)的流體,流速小的地方壓強(qiáng)大,流速大的地方壓強(qiáng)小。2023/9/220醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）伯努利方程【應(yīng)用】壓強(qiáng)與流速的關(guān)系平行流動(dòng)(重力勢(shì)能不變)的流速計(jì)原理OAba伯努利方程【應(yīng)用】2023/9/221醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）流速計(jì)原理OAba伯努利方程【應(yīng)用】2023/8/221醫(yī)用問(wèn)題:氣體流速如何測(cè)量皮托管伯努利方程【應(yīng)用】2023/9/222醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）問(wèn)題:氣體流速如何測(cè)量皮托管伯努利方程【應(yīng)用】2023/Q=S1v1=S2v2

流量計(jì)伯努利方程【應(yīng)用】2023/9/223醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）Q=S1v1=S2v2流量計(jì)伯努利方程【應(yīng)用】20例用一根跨過(guò)水壩的粗細(xì)均勻的虹吸管,從水庫(kù)里取水,如圖所示.已知虹吸管的最高點(diǎn)C

比水庫(kù)水面高2.50m,管口出水處D

比水庫(kù)水面低4.50m,設(shè)水在虹吸管內(nèi)作定常流動(dòng).(1)若虹吸管的內(nèi)徑為3.00×10-2m,求從虹吸管流出水的體積流量.(2)求虹吸管內(nèi)B、C

兩處的壓強(qiáng).伯努利方程【應(yīng)用】2023/9/224醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）例用一根跨過(guò)水壩的粗細(xì)均勻的虹吸管,從水庫(kù)里取水,如圖所(1)取虹吸管為細(xì)流管,解:選取水面為參考面，則A、B

點(diǎn)的高度為0,C點(diǎn)的高度為2.50m,D

點(diǎn)的高度為-4.50m。對(duì)于流線ABCD

上的A、D兩點(diǎn),根據(jù)伯努利方程有

2023/9/225醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）(1)取虹吸管為細(xì)流管,解:選取水面為參考面，則A、B結(jié)果:通過(guò)改變D

點(diǎn)距水面的垂直距離和虹吸管內(nèi)徑,可以改變虹吸管流出水的體積流量。由連續(xù)性方程有

因SA﹥﹥SD,所以vA≈0,pA=pD=p0.2023/9/226醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）結(jié)果:通過(guò)改變D點(diǎn)距水面的垂直距離和虹吸管內(nèi)徑,可以改變(2)同一流線A、B兩點(diǎn)根據(jù)連續(xù)性方程，均勻虹吸管內(nèi)水的速率處處相等，vB=vD.結(jié)果：在重力勢(shì)能不變的情況下,流速大處壓強(qiáng)小,流速小處,壓強(qiáng)大.B點(diǎn)壓強(qiáng)小于大氣壓,水能夠進(jìn)入虹吸管。

2023/9/227醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）(2)同一流線A、B兩點(diǎn)根據(jù)連續(xù)性方程，均勻虹吸管內(nèi)水的速率對(duì)于C、D兩點(diǎn)均勻虹吸管內(nèi),水的速率處處相等,vC=vD,整理得

虹吸管最高處C點(diǎn)的壓強(qiáng)比入口處B點(diǎn)的壓強(qiáng)低,水庫(kù)的水能上升到最高處被引出來(lái).2023/9/228醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）對(duì)于C、D兩點(diǎn)均勻虹吸管內(nèi),水的速率處處相等,vC=vD,地鐵安全線伯努利管

水流抽氣機(jī)原理伯努利現(xiàn)象2023/9/229醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）地鐵安全線伯努利管水流抽氣機(jī)原理伯努利現(xiàn)象2023/8/粘性流體的運(yùn)動(dòng)牛頓粘滯定律粘滯力（viscousforce)速度梯度(velocitygradient)（viscouscoefficient,viscidity)描寫(xiě)物質(zhì)粘稠程度屬性的系數(shù)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。與溫度有關(guān)。兩流層的接觸面積(laminarflow)

流體各流層之間不相混雜的流動(dòng)。2023/9/230醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）粘性流體的運(yùn)動(dòng)牛頓粘滯定律粘滯力（viscousforce粘性流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，相鄰流層以不同的速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng),彼此不相混合。

流層之間的摩擦力稱(chēng)為粘滯力。粘滯力的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，有不可逆轉(zhuǎn)的能量消耗

流體的黏性力粘性流體的運(yùn)動(dòng)【粘滯力解釋】2023/9/231醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）粘性流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，相鄰流層以不同的速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng),彼此不相相距

x

的兩流層的速率差為

v

，則表示這兩層之間的速率變化率。

稱(chēng)為沿x方向的速率梯度。粘性流體的流動(dòng)粘性流體的運(yùn)動(dòng)【速度梯度】xo2023/9/232醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）相距x的兩流層的速率差為v，則表示這兩層之是反映流體粘性的宏觀物理量，與物質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)?！綪a·s(泊)】。

粘性流體的運(yùn)動(dòng)【粘滯系數(shù)】液體的內(nèi)摩擦力小于固體之間的摩擦力，古人開(kāi)鑿運(yùn)河，用于運(yùn)輸；用機(jī)油潤(rùn)滑機(jī)械,減少磨損，都是這一原理的應(yīng)用。氣體的粘滯性則更小,氣墊船的使用就是利用了氣體的這一特性。遵從牛頓粘滯定律的流體稱(chēng)為牛頓流體(如水、酒精、血漿等),不遵從牛頓粘滯定律的流體稱(chēng)為非牛頓流體(如血液、膠體溶液和燃料水溶液等)。

2023/9/233醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）是反映流體粘性的宏觀物理量，與物質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)?！菊承粤黧w的運(yùn)動(dòng)【泊肅葉定律】描寫(xiě)不可壓縮牛頓流體在剛性水平圓管中穩(wěn)定流動(dòng)。流速隨管子半徑r的變化規(guī)律泊肅葉定律提供了粘滯系數(shù)的測(cè)定方法。已知細(xì)管的半徑和長(zhǎng)度，并測(cè)出這一長(zhǎng)度上的壓強(qiáng)差和流量，即可由泊肅葉公式算出粘滯系數(shù)。流阻

Pa·s·m-3

(帕·秒·米-3).2023/9/234醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）粘性流體的運(yùn)動(dòng)【泊肅葉定律】描寫(xiě)不可壓縮牛頓流體在剛性水平圓由圖可知，要使管內(nèi)的粘性液體作勻速運(yùn)動(dòng),必須有外力來(lái)抵消液體的內(nèi)摩擦力，這個(gè)外力就是來(lái)自管道兩端的壓強(qiáng)差。均勻水平管中粘性流體的壓強(qiáng)分布泊肅葉(J.L.M.Poiseuille，1799-1869)法國(guó)生理學(xué)家.粘性流體的運(yùn)動(dòng)【泊肅葉定律】2023/9/235醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）由圖可知，要使管內(nèi)的粘性液體作勻速運(yùn)動(dòng),必須有外力來(lái)抵消液體人體循環(huán)系統(tǒng)各類(lèi)血管中的血壓2023/9/236醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）人體循環(huán)系統(tǒng)各類(lèi)血管中的血壓2023/8/236醫(yī)用物理學(xué)（粘性流體的運(yùn)動(dòng)【物體在粘性流體中的阻力】一般規(guī)律

F=kv

斯托克斯(G.G.Stokes,1819-1903)英國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家。斯托克斯定律G.G.Stokes，18512023/9/237醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）粘性流體的運(yùn)動(dòng)【物體在粘性流體中的阻力】一般規(guī)律F=k小球受到的粘性摩擦阻力為

6

rvT終極速度設(shè)小球的密度為

，則小球所受的重力為設(shè)流體的密度為

′，則小球所受的浮力為小球達(dá)到終極速度時(shí)，三力平衡，即

終極速度(terminalvelocity)沉降速度(sedimentationvelocity),用vT表示。利用此關(guān)系可測(cè)量液體粘度

2023/9/238醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）小球受到的粘性摩擦阻力為6rvT終極速度設(shè)小球的密離心機(jī)原理用代替g

2023/9/239醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）離心機(jī)原理用代替g2023/8/239醫(yī)用物理學(xué)（流體粘性流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律描寫(xiě)不可壓縮粘性流體的穩(wěn)定流動(dòng)2023/9/240醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）粘性流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律描寫(xiě)不可壓縮粘性流體的穩(wěn)定流動(dòng)2023(turbulentflow)具有混雜、紊亂流動(dòng)特征的流動(dòng)叫做湍流。粘性流體的運(yùn)動(dòng)【湍流】雷諾數(shù)一個(gè)無(wú)量綱的純數(shù)，用于判斷流體作層流或湍流。Re〈1000 層流；Re〉1500 湍流；1000〈Re〈1500 過(guò)渡流。農(nóng)民工與社會(huì)穩(wěn)定2023/9/241醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）(turbulentflow)粘性流體的運(yùn)動(dòng)【湍流】雷諾數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)湍流層流過(guò)渡流2023/9/242醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）雷諾實(shí)驗(yàn)湍流層流過(guò)渡流2023/8/242醫(yī)用物理學(xué)（流體的血壓測(cè)量原理2023/9/243醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）血壓測(cè)量原理2023/8/243醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）血管面積與流速2023/9/244醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）血管面積與流速2023/8/244醫(yī)用物理學(xué)（流體的運(yùn)動(dòng)）高爾夫球運(yùn)動(dòng)起源于15世紀(jì)的蘇格蘭，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為表面光滑的球飛行阻力小，因此用皮革制球。后來(lái)發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠(yuǎn),這個(gè)謎直到20世紀(jì)建立流體力學(xué)邊界層理論才得以解開(kāi).

現(xiàn)代高爾夫球早期高爾夫球