-設(shè)備施工員專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)——第六章設(shè)備安裝相關(guān)力學(xué)基礎(chǔ)(W編輯修改)

1、第六章 設(shè)備安裝相關(guān)力學(xué)基礎(chǔ)2第一節(jié) 力的基本概述2一、靜力學(xué)基本概念2二、力對(duì)軸之矩4三、力偶理論5四、任意力系的合成與平衡6五、物體系統(tǒng)的平衡8第二節(jié) 桁架桿件內(nèi)力分析10一、平面桁架10二、平面桁架內(nèi)力的計(jì)算11第三節(jié) 流體力學(xué)12一、流體的基本物理性質(zhì)12二、流體靜力學(xué)14三、流體運(yùn)動(dòng)的特性16第六章 設(shè)備安裝相關(guān)力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 力的基本概述一、靜力學(xué)基本概念（一）力的概念力是物體間的相互作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或物體的形狀發(fā)生改變，前者稱為力的外效應(yīng)，后者稱為力的內(nèi)效應(yīng)。力對(duì)物體的效應(yīng)取決于力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn)，因而力是一矢量。本書中用粗斜體字母表示矢量，如力F；而矢

2、量的大小則用正體的同一字母表示，如F。集中力的單位是N(牛頓)或kN(千牛)。（二）剛體所謂剛體，就是在力的作用下不變形的物體。在靜力學(xué)中，所研究的物體都是指剛體。（三）靜力學(xué)公理公理1（二力平衡公理）作用在同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力等值、共線、反向。受兩力作用而平衡的構(gòu)件或直桿分別稱為二力構(gòu)件或二力桿。公理2（加減平衡力系公理）在作用于剛體上的任意一個(gè)力系中，加上或去掉任何一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。公理3（力的平行四邊形法則）作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為作用于該點(diǎn)的一個(gè)合力，它的大小和方向由這兩個(gè)力的矢量為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角

3、線來表示圖6-1（a)。亦可用圖6-1（b）所示的力三角形ABC表示，并將其稱為力三角形法則。合力R與分力F1、F2的矢量表達(dá)式為R=F1+F2(a) (b)圖 6-1 力的合成法則（a）平行四邊形法則；（b）三角形法則公理4（作用與反作用定律）兩物體間相互作用的一對(duì)力，總是等值、反向、共線，并分別作用在這兩個(gè)物體上。公理5（剛化原理）當(dāng)變形體在已知力系作用下處于平衡時(shí)，若將此變形體轉(zhuǎn)換成為剛體，則其平衡狀態(tài)不變。此公理表明，剛體靜力學(xué)的平衡條件是變形體平衡的必要條件，而非是充分條件。（四）三力平衡定理一剛體受不平行的三力作用而處于平衡時(shí)，此三力的作用線必共面且匯交于一點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，三力作用線

4、共面且匯交于一點(diǎn)，此僅是不平行的三力平衡的必要條件而不是充分條件。（五）約束與約束反力阻礙物體運(yùn)動(dòng)的限制物稱為約束。約束對(duì)被限制物的作用力稱為約束反力，簡(jiǎn)稱反力。約束反力以外的其他力統(tǒng)稱為主動(dòng)力。約束反力的方向恒定與約束所能阻止的物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。表6-1列出了工程中常見的幾種基本約束類型及其約束反力。表6-1 約束與約束反力示意圖表（六）受力圖受力圖是分析研究對(duì)象全部受力情況的簡(jiǎn)圖。其步驟：首先取脫離體，其次畫上全部主動(dòng)力和約束反力。對(duì)于方向不能確定的約束反力如鉸鏈約束，有時(shí)可利用平衡條件來判斷。畫受力圖時(shí)，應(yīng)注意復(fù)鉸(兩個(gè)以上物體用圓柱銷相連接)、作用于鉸處的集中力和作用于相

5、鄰兩剛體上的線分布力等情況的處理方法。二、力對(duì)軸之矩 1.力對(duì)任一z軸之矩是一代數(shù)量，其表達(dá)式為mz(F)=mo(Fxy)= ±Fxyd式中,正、負(fù)號(hào)用右手法則確定。顯然，當(dāng)力F與矩軸 z共面(包括平行或相交)時(shí)，力對(duì)該軸之矩等于零。力對(duì)軸之矩的單位與力矩相同。 若取矩心O為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，則力對(duì)點(diǎn)O之矩可由力對(duì)軸之矩來計(jì)算，即mo(Fxy)= mx(F)i+ my(F)j+ mz(F)k2.匯交力系的合成與平衡匯交力系合成結(jié)果有兩種可能：其，是一個(gè)合力R，合力矢為R=Fi合力作用線通過匯交力系的匯交點(diǎn)；其二，合力R等于零，即R=0 或 Fi=0這是匯交力系平衡的必要與充分條件。求

6、解匯交力系的合成與平衡問題各有兩種方法，即幾何法和解析法，如表6-2所示。對(duì)于空間匯交力系，由于作圖不方便，一般都采用解析法。表6-2 求解匯交力系的兩種方法合力R平衡條件R=0幾何法R的大小和方位由力多邊形的封閉邊決定，指向是首力的始端至末力的終端原力系構(gòu)成的力多邊形自行封閉解析法平面R=(Xi)i+(Yj)jXi=0Yj=0有兩個(gè)獨(dú)立方程，可解兩個(gè)未知量空間R=(Xi)i+(Yj)j+(Zk)kXi=0Yj=0Zk=0有三個(gè)獨(dú)立方程，可解三個(gè)未知量三、力偶理論（一）力偶兩個(gè)等值、反向、不共線的平行力組成的力系稱為力偶，記為(F、F)。力偶只能引起物體的轉(zhuǎn)動(dòng)而不能使物體移動(dòng)，力偶中兩個(gè)力對(duì)任

7、一根軸的投影之和恒等于零。由此可知，力偶沒有合力。既不能與一個(gè)力等效，也不能與一個(gè)力相平衡。力偶只能與力偶等效或相平衡。（二）力偶矩 力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)決定于力偶矩，它的計(jì)算如表6-3所述。表6-3 力偶矩的計(jì)算平面情況空間情況逆時(shí)針轉(zhuǎn)向取正；反之取負(fù)大小m=Fd方位垂直于力偶作用平面，指向由右手法則確定是一代數(shù)量是一自由矢量表中，F(xiàn)為組成力偶的力的大小，d為力偶中兩力作用線間的垂直距離，并稱為力偶臂。力偶矩的單位為N·m(牛·米)或kN·m(千牛·米)。應(yīng)當(dāng)注意，力偶矩矢與矩心位置無關(guān)，這一點(diǎn)與力對(duì)點(diǎn)之矩是不同的。綜上可知，兩個(gè)力偶等效條件是該兩力偶矩矢相

8、等。由此等效條件可以得出下列兩個(gè)推論。推論1：只要保持力偶矩矢不變，力偶可在其作用面內(nèi)任意移轉(zhuǎn)，或從剛體的一個(gè)平面移到另一個(gè)平行平面內(nèi)，而不改變其對(duì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。推論2：在保持力偶矩大小和轉(zhuǎn)向不變的條件下，可以任意改變力偶的力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不改變它對(duì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。（三）力偶系的合成與平衡力偶系合成結(jié)果有兩種可能，即為一個(gè)合力偶或?yàn)槠胶?。具體計(jì)算時(shí)，通常采用解析法，如表6-4所述。表 6-4 力偶的合成與平衡的解析法平面力偶系空間力偶系合成結(jié)果合力偶平衡平衡方程可求解一個(gè)未知量可求解三個(gè)未知量表中，mix、miy、miz分別為力偶矩矢mi在相應(yīng)坐標(biāo)軸上的投影?？梢宰C明，力偶中兩個(gè)力

9、F和F，對(duì)任一x軸之矩的和等于該力偶矩矢m在同一根軸上的投影，即式中，為m與x軸正向間的夾角。四、任意力系的合成與平衡（一）力線平移定理力線平移定理：作用于剛體上的力，可以平移到剛體上的任意點(diǎn)O，但必須在此力線與O所決定的平面內(nèi)附加一力偶，此力偶矩矢的大小與方向等于力對(duì)O點(diǎn)的矩矢，即mmo()，如圖6-2所示。圖中。圖 6-2 力線平移定理顯然，同平面的一個(gè)力和一個(gè)力偶矩矢為m的力偶也一定能合成一個(gè)力，其力矢=，力的作用點(diǎn)到力作用線的距離為力線平移定理是任意力系簡(jiǎn)化的理論依據(jù)。（二）任意力系的合成1合成的一般結(jié)果以O(shè)點(diǎn)為簡(jiǎn)化中心，任意力系合成的一般結(jié)果為力矢稱為原力系的主矢，它的大小和方向與簡(jiǎn)

10、化中心位置無關(guān)；力偶矩矢M0(或力偶矩M0)稱為原力系對(duì)簡(jiǎn)化中心O點(diǎn)的主矩，一般地說與簡(jiǎn)化中心位置有關(guān)。2合成的最后結(jié)果任意力系(包括空間和平面)向一點(diǎn)簡(jiǎn)化后，其最后合成結(jié)果可能出現(xiàn)表6-5所列出的幾種情況.表 6-5 力系合成的結(jié)果主矢主矩最后結(jié)果說明平衡此為任意力系平衡的必要和充分條件合力偶此時(shí)主矩與簡(jiǎn)化中心位置無關(guān)合力合力作用線過簡(jiǎn)化中心合力作用線離簡(jiǎn)化中心距離力螺旋力螺旋中心軸通過簡(jiǎn)化中心與成角力螺旋中心軸離簡(jiǎn)化中心距離表中，中心軸是指組成力螺旋的力的作用線。因平面任意力系是空間任意力系的特殊情況，其向O點(diǎn)簡(jiǎn)化的主矩可視為垂直于力系作用平面的一個(gè)主矩矢，因此上表6-5(除力螺旋外)所述

11、亦可適用于平面任意力系。當(dāng)任意力系合成為一合力R時(shí)，則有：即合力對(duì)任點(diǎn)(或任一軸如z軸)之矩，等于力系中各力對(duì)同一點(diǎn)(或同一軸)之矩的矢量和(或代數(shù)和)，并稱之為合力矩定理。對(duì)于平面力系，合力矩定理可表示為在計(jì)算力對(duì)坐標(biāo)軸之矩時(shí)，應(yīng)用合力矩定理，?？墒褂?jì)算簡(jiǎn)化。這時(shí)，可先將原力沿坐標(biāo)軸分解為三個(gè)分力，然后計(jì)算各分力對(duì)坐標(biāo)軸之矩。由于平行力系是任意力系的特殊情況，故任意力系的合成結(jié)果也適用于平行力系。3平行分布的線荷載的合成沿物體中心線分布的平行力，稱為平行分布線荷載，簡(jiǎn)稱線荷載。沿單位長(zhǎng)度分布的線荷載稱為線荷載集度，以q表示。其單位為N/m(牛/米)或kN/m(千牛/米)。同向線荷載合成結(jié)果為

12、一合力R，該合力的大小和作用線位置可通過求積分的方法和合力矩定理求得。均勻分布和線性分布的線荷載的合成結(jié)果如圖6-3所示。圖 6-3 均勻分布和線性分布的線荷載的合成結(jié)果（三）力系的平衡條件與平衡方程任意力系平衡的必要和充分條件是：力系的主矢與力系對(duì)任一點(diǎn)的主矩都等于零，即據(jù)此得出表6-6所列出的各組平衡方程。但應(yīng)當(dāng)指出，在空間任意力系和空間平行力系的平衡方程組中，其投影方程亦可用對(duì)軸的力矩方程來替代。當(dāng)然，該力矩方程必須是獨(dú)立的平衡方程，即可用它來求解未知量的平衡方程。表6-6 力系與平衡方程表力系名稱平衡方程獨(dú)立方程數(shù)目平面力系任意力系3平行力系2空間力系平行力系3任意力系6五、物體系統(tǒng)的

13、平衡（一）靜定與靜不定問題若未知量的數(shù)目等于獨(dú)立平衡方程的數(shù)目，則應(yīng)用剛體靜力學(xué)的理論，就可以求得全部未知量，這樣的問題稱為靜定問題，如圖6-4（a）所示。若未知量的數(shù)目超過獨(dú)立平衡方程的數(shù)目，則單獨(dú)應(yīng)用剛體靜力學(xué)的理論就不能求出全部未知量，這樣的問題稱為靜不定問題，如圖6-4（b）所示。（a） （b）圖 6-4 靜定與靜不定（a）靜定；（b）靜不定（二）物體系統(tǒng)平衡（力系平衡）問題的解法和步驟（1）判斷物體系統(tǒng)是否屬于靜定系統(tǒng)。物體系統(tǒng)是否靜定，僅取決于系統(tǒng)內(nèi)各物體所具有的獨(dú)立平衡方程的個(gè)數(shù)以及系統(tǒng)未知量的總數(shù)，而不能由系統(tǒng)中某個(gè)研究對(duì)象來判斷系統(tǒng)是否靜定。若由n個(gè)物體組成的靜定系統(tǒng)，且在平

14、面任意力系作用下平衡，則該系統(tǒng)總共可列出3n個(gè)獨(dú)立平衡方程以解出3n個(gè)未知量。當(dāng)然，若系統(tǒng)中某些物體受其他力系作用時(shí)，則其獨(dú)立平衡方程數(shù)以及所能求出的未知量數(shù)均將相應(yīng)變化。（2）選取研究對(duì)象的先后次序的原則是便于求解。根據(jù)已知條件和待求量，可以選取整個(gè)系統(tǒng)為研究對(duì)象，也可以是其中的某些部分或某一物體為研究對(duì)象；（3）分析研究對(duì)象的受力情況并畫出受力圖。在受力圖上只畫外力而不畫內(nèi)力。在各物體的拆開處，物體間的相互作用力必須符合作用與反作用定律。畫物體系統(tǒng)中某研究對(duì)象的受力圖時(shí)，不能將作用在系統(tǒng)中其他部分上的力傳遞、移動(dòng)和合成。（4）列出力的平衡方程。平衡方程要根據(jù)物體所作用的力系類型列出，不能多

15、列。為了避免解聯(lián)立方程，應(yīng)妥當(dāng)?shù)剡x取投影軸和矩軸(或矩心)。投影軸應(yīng)盡量選取與力系中多數(shù)未知力的作用線垂直；而矩軸應(yīng)使其與更多的未知力共面(矩心應(yīng)選在多數(shù)未知力的交點(diǎn)上)。力求做到一個(gè)平衡方程中只包含一個(gè)未知量。（5）由平衡方程解出未知量。若求得的約束反力或反力偶為負(fù)值。說明力的指向或力偶的轉(zhuǎn)向與受力圖中假設(shè)相反。若用它代入另一方程求解其他未知量時(shí)，應(yīng)連同其負(fù)號(hào)一起代入。（6）利用不獨(dú)立平衡方程進(jìn)行校核?！纠?-1】 圖6-5(a)所示為一三鉸剛架，其頂部受沿水平方向均勻分布的鉛垂荷載的作用，荷載集度為Q=8kN/m。已知：l=12m；h=6m；a=2m，求支座A、B處的支座反力。剛架自重不計(jì)

16、。解 以整體為研究對(duì)象，受力圖如圖6-5(b)所示。列平衡方程為取BC部分為研究對(duì)象，受力圖如圖6-5(c)所示。列平衡方程為負(fù)號(hào)表示XB的指向與圖中假設(shè)相反。再以整體為對(duì)象，列平衡方程(a) (b) (c)圖 6-5 例6-1圖【例6-2】 物重Q=12kN，由三桿AB、BC和CE所組成的構(gòu)架及滑輪E支持，如圖66a所示。已知：AD=DB=2m，CD=DE=1.5m。不計(jì)桿及滑輪的重量，求支座A和B的反力以及BC桿的內(nèi)力。解 以整體為對(duì)象，其受力圖如圖6-6所示。設(shè)滑輪半徑為r，則有(a) (b) (c)圖 6-6 例6-2圖第二節(jié) 桁架桿件內(nèi)力分析一、平面桁架（一）定義由若干直桿在兩端用鉸

17、鏈彼此連接而成的幾何形狀不變的結(jié)構(gòu)稱為桁架。桿件與桿件的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。所有桿件的軸線在同一平面內(nèi)的桁架稱平面桁架，否則稱為空間桁架。（二）桁架分析計(jì)算時(shí)所作的假設(shè)(1)各桿件都用光滑鉸鏈連接。(2)各桿件都是直桿。(3)桿件所受的外荷載都作用在節(jié)點(diǎn)上。對(duì)于平面桁架各力作用線都在桁架平面內(nèi)。(4)各桿件的自重或略去不計(jì)，或平均分配到桿件兩端的節(jié)點(diǎn)上。根據(jù)以上假設(shè)，桁架中各桿件都是二力桿，只受到軸向力作用，受拉或者受壓。平面桁架內(nèi)力計(jì)算方法見表6-7。 表6-7 平面桁架內(nèi)力計(jì)算方法節(jié)點(diǎn)法截面法對(duì)象取節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象將桁架沿某個(gè)面(不限于平面)截出一部分取為研究對(duì)象平衡方程應(yīng)用平面匯交力系平衡方程

18、應(yīng)用平面力系平衡方程二、平面桁架內(nèi)力的計(jì)算分析桁架的目的就在于確定各桿件的內(nèi)力，通常有兩種計(jì)算內(nèi)力的方法，如表6-7所述。當(dāng)需要計(jì)算桁架中全部桿件的內(nèi)力時(shí)，可采用節(jié)點(diǎn)法；若僅計(jì)算桁架中某幾根桿件的內(nèi)力，一般以截面法較為方便，但有時(shí)也可綜合應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法和截面法。在計(jì)算中，習(xí)慣將各桿件的內(nèi)力假設(shè)成拉力。若所得結(jié)果為正值，說明桿件是拉桿，反之則為壓桿。為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般先要判別桁架中的零桿(內(nèi)力為零的桿件)，對(duì)于圖6-7所示的三種情況，零桿可以直接判斷出來。圖 6-7 零桿的判別【例6-3】 求如圖6-8(a)所示桁架中桿AC、CD、DE和EG的內(nèi)力。首先觀察分析零桿。由圖6-8（a）可知，桿HE、FC

19、和FG為零桿。其次用截面法求GE、CD、CA桿的內(nèi)力。作截面如圖6-8(b)、(c)所示。取上半部為研究對(duì)象，畫受力圖如圖6-8（b）所示。解 平衡方程圖 6-8 例6-3圖再次，用節(jié)點(diǎn)法求DE桿的內(nèi)力。取節(jié)點(diǎn)F為研究對(duì)象，其受力圖如圖6 -8（c）所示。解得第三節(jié) 流體力學(xué)一、流體的基本物理性質(zhì)流體的平衡、運(yùn)動(dòng)與外界對(duì)它的作用情況有關(guān)，但更重要的是決定于流體本身所具有的內(nèi)在一性質(zhì)。（一）流體的概念1.流體通常我們將易流動(dòng)的氣體、液體統(tǒng)稱為流體。從力學(xué)的性質(zhì)看，固體具有抵抗壓力、拉力和切向力的能力。當(dāng)固體受到外力作用時(shí)，僅產(chǎn)生一定程度的變形，只要作用力保持不變，固體的變形就不再變化。流體僅自能

20、抵抗壓力而不能抵抗拉力和切向力。流體受到任何微小的切向力t都要產(chǎn)生連續(xù)變形（這一變形就是流動(dòng)）。只要切向力存在，流體就將繼續(xù)變形，只有當(dāng)外力停止作用，變形才會(huì)停止。固體與流體相比較，其分子間的距離要小得多，分子間的引力也就大得多。因而固體能夠抵抗一定的外力，保持本身的形狀。流體由于分子之間距離較大，吸引力小，僅能抵抗一定的壓力，不能保持自身的形狀。氣體與液體相比較，其分子間的間距更大，分子間的吸引力更小，因而氣體比液體更易流動(dòng)，且能充滿所在容器的空間。不僅不能保持本身的形狀，也不能保持本身的體積。正是由于流體的易流動(dòng)性，才能在外力作用下，通過一定的通道將流體輸送到指定的地點(diǎn)，以滿足人們生產(chǎn)或生

21、活的需要。2.連續(xù)介質(zhì)的概念流體和一切物體一樣，都是由分子組成的。分子之間具有一定的空隙，又都不停地作不規(guī)則的分子運(yùn)動(dòng)。所以從微觀角度看，流體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的。但是工程流體力學(xué)所研究的并不是流體的微觀運(yùn)動(dòng)，而是研究由大量分子組成的宏觀流體在外力（如重力、壓力差等）作用下的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在工程實(shí)際中，流體所占有的空間與分子的尺寸相比大得無法比擬。例如在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為0時(shí)，每1cm3的液體約有3×1024個(gè)分子；每1cm3的氣體約有2.7×1019個(gè)分子。由此可見，流體分子的間隙微不足道。為了簡(jiǎn)化問題和能應(yīng)用連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學(xué)工具，而引人流體具有連續(xù)性的假設(shè)。這一

22、假設(shè)將流體看做由無窮多個(gè)連續(xù)分布的流體微團(tuán)組成的連續(xù)介質(zhì)。流體微團(tuán)又稱為質(zhì)點(diǎn)，是組成流體的基本單元。將流體看做連續(xù)介質(zhì)，就可以使流體力學(xué)擺脫研究分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，同時(shí)反映流體情況的各物理量（如速度、壓力等）就都可以看做是空間位置坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。因此在以后的討論中，都可以用連續(xù)函數(shù)的解析方法，來研究流體處于平衡和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下各物理量間的數(shù)量關(guān)系。把流體看做連續(xù)介質(zhì)來研究，對(duì)于大部分工程技術(shù)問題都是可行的，但對(duì)于某些特殊問題是不適合的。例如在高真空環(huán)境中，氣體就不能再看做連續(xù)介質(zhì)了。本書只研究可以看做連續(xù)介質(zhì)的流體的力學(xué)規(guī)律。（二）流體的物理性質(zhì)1.慣性和萬有引力特性（1）慣性慣性是流體所具有

23、的保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理性質(zhì)。流體的質(zhì)量愈大，其慣性也愈大。流體的質(zhì)量是指流體所含物質(zhì)的多少，用符號(hào)M表示。流體具有質(zhì)量的情況，常用單位體積的流體所具有的質(zhì)量密度來表示。對(duì)于均質(zhì)流體，密度等于流體的質(zhì)量與其體積的比值，即=M/V式中 流體的密度(kg/m3)； M流體的質(zhì)量(kg)； V流體的體積(m3)。（2)萬有引力特性流體和自然界中任何物體一樣具有萬有引力特性。萬有引力特性是物體之間相互具有吸引力的物理性質(zhì)。流體受到地球的吸引力稱為重力，用符號(hào)G表示。重力的數(shù)值取決于流體的質(zhì)量和重力加速度，即G= Mg式中 G流體的重力，N； M流體的質(zhì)量，kg； g重力的加速度， m/s2，一般計(jì)算中

24、常采用g=9. 8m/s2。2.壓縮性和膨脹性流體的體積隨所承受的壓力和溫度的不同而改變。流體的體積隨壓力增加而縮小的性質(zhì)稱為流體的壓縮性。流體的體積隨溫度增加而增大的性質(zhì)稱為流體的膨脹性。任何流體都具有壓縮性。但備流體的可壓縮程度不同。液體的壓縮性較小，而氣體的壓縮性比較大。例如，在等溫過程中，完全氣體當(dāng)壓力增大一倍時(shí)，其體積就要縮小一半，可見氣體壓縮性之大。氣體在其他過程的壓縮性也是比較大的。在工程實(shí)際中，是否需要考慮流體的壓縮性，視具體情況而定。通常把液體看做不可壓縮流體，即忽略對(duì)于工程實(shí)際沒有多大影響的微小體積變化。由于忽略了體積的變化，其密度就可看做常數(shù)，從而使工程計(jì)算大大簡(jiǎn)化。但在

25、研究管道中的水擊、水下爆破等問題時(shí)，又必須考慮水的壓縮性。否則，所得結(jié)果與實(shí)際不符。通常不能把氣體看做不可壓縮流體，特別是在流速較高、壓力變化較大的場(chǎng)合，氣體體積的變化是不能忽略的。必須把氣體的密度看做變數(shù)。但在流速不高(約小于100m/s)、壓力變化不大的場(chǎng)合，可忽略壓縮性的影響，而把氣體看做不可壓縮流體。例如當(dāng)空氣流速為68m/s時(shí)，不考慮壓縮性所引起的相對(duì)誤差約為1%。3.流體的黏滯性在相鄰的兩流層之間，運(yùn)動(dòng)較慢的流層（慢層）是在運(yùn)動(dòng)較快的流層（快層）的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)的。同時(shí)，快層的運(yùn)動(dòng)又受到慢層的阻礙。也就是說，在相鄰的兩流層之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？鞂訉?duì)慢層產(chǎn)生一個(gè)拖力T，使其加速。根據(jù)牛頓

26、第三定律，慢屢對(duì)快層必然作用有一個(gè)拖力T的反作用力T' ，使其減速。反作用力T'是阻止運(yùn)動(dòng)的力，稱為阻力。拖力和阻力是大小相等、方向相反的一對(duì)作用力。這對(duì)力的作用，阻礙了相鄰兩層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這對(duì)力叫做內(nèi)摩擦力或黏性阻力。流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦力或黏性阻力的特性稱為流體的黏滯性。4.實(shí)際流體與理想流體自然界中的流體都具有黏滯性，稱為實(shí)際流體。不具有黏滯性的流體稱為理想流體，這是自然界中并不存在的一種假想流體。在流體力學(xué)中引入這一概念，是為了簡(jiǎn)化研究對(duì)象，便于問題的討論。在許多問題中要求得黏性流體流動(dòng)的精確解答是很困難的。若先不考慮黏滯性的影響，問題就大為簡(jiǎn)化，從而有于利

27、掌握流體流動(dòng)的基本規(guī)律。至于黏滯性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響，可根據(jù)試驗(yàn)引進(jìn)必要的修正系數(shù)，將對(duì)理想流體研究所得的流動(dòng)規(guī)律加以修正，從而得出符合黏性流體的流動(dòng)規(guī)律。另外，先研究簡(jiǎn)單的理想流體，再研究復(fù)雜的黏性流體，這一研究方法也符合人們認(rèn)識(shí)事物由簡(jiǎn)到繁的規(guī)律。二、流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)是研究不可壓縮流體處于平衡狀態(tài)下遵守的力學(xué)規(guī)律及其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。這里所說的平衡狀態(tài)是指液體質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。如盛于容器中的液體，作等速直線運(yùn)動(dòng)歿等速旋轉(zhuǎn)，容器中的液體都是處在平衡狀態(tài)。因?yàn)樘幵谄胶鉅顟B(tài)的液體質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不存在內(nèi)摩擦力，黏滯性表現(xiàn)不出來。所以本章得出的一切結(jié)論，對(duì)于理想的和實(shí)際的不可壓縮

28、流體都是適用的。（一）作用在流體上的力流體平衡及運(yùn)動(dòng)情況除取決于本身的物理性質(zhì)外，還與作用在流體上的力有密切關(guān)系。所以要先分析作用在流體上的力。作用力按作用方式不同，可分為兩類：質(zhì)量力和表面力。1.質(zhì)量力質(zhì)量力是指作用在每一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與質(zhì)量成正比。因?yàn)榫|(zhì)流體的質(zhì)量與體積成正比，故質(zhì)量力又稱為體積力。質(zhì)量力又可分為重力和慣性力兩種。若質(zhì)量為M的流體，受到的重力為。若該流體作直線等加速運(yùn)動(dòng)受到的慣性力為：。若該流體作等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到慣性力為：。式中r為質(zhì)心半徑。若三個(gè)質(zhì)量力同時(shí)存在，則總質(zhì)量力為： 通常用x、y、z表示單位質(zhì)量的流體所受的質(zhì)量力在三個(gè)坐標(biāo)方向的分力。如作用在質(zhì)量為

29、M流體上的質(zhì)量力為，則式中，Wx、Wy及Wz質(zhì)量力W在三個(gè)坐標(biāo)方向的分力。2.表面力表面力是作用在所研究流體的體積表面上的力其大小與表面積成正比。它是由與流體相接觸的其他物體（流體或固體）的作用產(chǎn)生的。按表面力的方向分為與液體表面相垂直的法向力（如大氣對(duì)水面的壓力）和與流體表面相平行的切向力（如液體的內(nèi)摩擦力）兩種。在流體力學(xué)的研究中常常采用“微元體分析法”。就是從整個(gè)流體中取出一個(gè)微小的流體塊，分析這個(gè)微小流體塊的受力和運(yùn)動(dòng)情況，從而得出所遵守基本規(guī)律的表達(dá)式，再將所得的表達(dá)式應(yīng)用到整個(gè)流體中去。本節(jié)所討論的內(nèi)容也適用于可壓縮流體（如氣體等）。（二）流體靜壓力及其特性1.流體靜壓力（靜壓強(qiáng)）

30、流體處在平衡狀態(tài)時(shí)，其中任何一點(diǎn)所受的壓力稱為流體靜壓力（簡(jiǎn)稱為靜壓力），以p所示。用若干個(gè)力代替周圍物體的作用，使其保持原來的平衡狀態(tài)。將分離體再用一平面分割為I、兩部分。將上部I取掉，則必須在I、兩部分的分界面A上加上I部分對(duì)部分的作用力p，才可保持部分的平衡狀態(tài)。作用力p在整個(gè)A面上按某一規(guī)律分布。分布在K點(diǎn)周圍微小面積A上的作用力P。叫做面積A上的流體平均靜壓力。當(dāng)面積A無限縮小到K點(diǎn)時(shí)，這個(gè)比值的極限就是K點(diǎn)的靜壓力。故流體靜壓力的定義式為：2.流體靜壓力的特性流體靜壓力具有兩個(gè)重要特性。第一個(gè)特性：靜壓力的方同總是與作用面相垂直，且指向作用面，即沿著作用面的內(nèi)法線方向。第二個(gè)特性：液體靜壓力的大小與其作用面的方位無關(guān)。3.液體的相對(duì)平衡(1)液體相對(duì)平衡的基本概念當(dāng)盛有液體的容器作等速直線運(yùn)動(dòng)或作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體就如同剛體一樣，隨同容器一起運(yùn)動(dòng)。由于這時(shí)液體與容器之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以稱液體的這種狀態(tài)為相對(duì)平衡狀態(tài)。根據(jù)理論力學(xué)中的達(dá)朗伯爾原理，給運(yùn)動(dòng)的液體質(zhì)點(diǎn)加上慣性力便可把液體質(zhì)點(diǎn)隨容器