气泡在液体中上升

物体和气泡在水中受到水的压强(只考虑水不考虑大气压强)

P=ρ水gh 若深度相同 物体和气泡在水中受到水的压强相等

物体和气泡在水中受到的压强(考虑大气压强)

P=P0+ρ水gh 若深度相同 物体和气泡在水中受到的压强相等

不明追问

物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强

定义式:p=F/S

液体压强公式推导过程:要想得到液面下某处的压强,可以设想这里有一个水平放置的“平面”,这个平面以上的液柱对平面的压力等于液柱所受的重力。

这个平面上方的液柱对平面的压力F=G=mg=ρVg=ρShg

平面受到的压强p=F/S=G/S=mg/S=ρVg/S=ρShg/S=ρgh(适用于液体)

产生浮力的原因

可用浸没在液体内的正立方体的物体来分析。该物体系全浸之物体,受到四面八方液体的压力,而且是随深度的增加而增大的。所以这个正立方体的前后、左右、上下六个面都受到液体的压力。因为作用在左右两个侧面上的力由于两侧面相对应,而且面积大小相等,又处于液体中相同的深度,所以两侧面上受到的压力大小相等,方向相反,两力彼此平衡。同理,作用在前后两个侧面上的压力也彼此平衡。但是上下两个面因为在液体中的深度不相同,所以受到的压强也不相等。上面的压强小,下面受到的压强大,下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力。液体对物体这个压力差,就是液体对物体的浮力。这个力等于被物体所排开的液体的重力。

水中大气泡和小气泡哪个上升的快?

应该是大的上升的快

你可以把它们与雨点作一下对比

气泡的话, 在水中受到的有水的浮力和粘滞力的作用(重力可以忽略), 气泡越大, 受到的浮力越大, 气泡的速度越来越快, 受到的粘性滞力也越来越大, 当与浮力平衡时, 气泡就匀速上升了, 此时用公式表示就是F=Kv^2,KJ水的粘滞系数,F 表示浮力, 浮力越大, 当然最后的速度也越大

牛顿粘滞定律:

对于实际流体,它是有粘滞性的。实际流体发生分层流动, 因流速不同,相邻两层之间就有了相对滑动,之间存在与速度方向相切的相互作用力,我们称之为粘滞力或内摩擦力,实验表明:

F=ηS(dv/dx)

此式称为牛顿粘滞定律,F 为粘滞力,S 为两流层之间的接触面积,dv/dx为该处的速度梯度,比例系数η叫做流体的粘度或粘滞系数,单位为Pa·s 或P (1P=0.1Pa·s )。

粘滞系数(coefficient of viscosity)η:

流体粘滞性大小的量度。

流体具有粘滞性的原因:

分子力和分子的无规则热运动。

滞系数的决定因素:

粘滞系数大小由流体本身的性质、流体的温度决定。

对液体来说:温度越高,粘滞系数越小;温度越低,粘滞系数越大。

对气体来说:温度越高,粘滞系数越大;温度越低,粘滞系数越小。

单位:

Pa·s 或P (1P=0.1Pa·s )。

一般情况下,半径为R 的小球以速度v 运动时,所受的流体阻力可用公式f=6πηRv(η表示粘滞性系数)

斯托克斯定律

是指与粘滞力相比,惯性力可以忽略的情况下斯托克斯导出的阻力表达式。因为

斯托克斯定律

气溶胶粒子小、运动速度低,大部分气溶胶粒子的运动属于低雷诺数区,所以斯托克斯阻力定律广泛用于气溶胶研究。与牛顿阻力定律相对应,经常把斯托克斯阻力定律可以应用的区间称为“斯托克斯区”。斯托克斯区与斯托克斯粒子

实验表明:黏滞阻力的大小与物体的形状,速度,流体的黏滞系数等有关。对半径为r 的小球,在黏滞系数为η的流体中以速度v 运动时受到的黏滞阻力为:

f=6πηrν,该式被称为斯托克斯定律,或斯托克斯公式。该式可用来测定流体的黏滞系数和微小颗粒的半径。

气泡上升主要是因为气泡受到的浮力大于气泡内空气的重力。

气泡上升的速度与气泡距离水面的高度有关 气泡壁受到大气压力及水面给它的压力。 当气泡不断上升大气压力不变,它离水面越来越近,也就是气泡上方的液柱缩短,根据压力=密度*g*h来看,它受到的水给它的压力减小,此时气泡就会变大,排开水的体积增大,气泡受到的浮力变大,它就会加速上升,也就是气泡离水面的距离越近,气泡的速度越快。 [1]考虑由(浮力-重力)产生的加速度

ρ液v 排g-mg=ma ρ液v 排g=ρ气v 排(a+g)

a=(ρ液/ρ气 -1)g

这个结果显然跟体积无任何关系,不会影响到加速度,自然不会影响到速度变化,不会影响速度 (楼上的教师说的是错的,气泡跟气球是不一样的,气球的质量是 塑料薄膜+气体 因为薄膜比气体质量大很多,相对可以忽略气体 只考虑薄膜质量, 而气泡不存在这样的薄膜,它的质量就是 气体质量)

[2]考虑水阻力产生的负加速度的影响(暂时不考虑形变,认为是纯圆形气泡,形变下一个考虑)

阻力f 正比于 半径r 的平方,正比于速度v 的平方

记阻力为 f 阻=krrvv

krrvv=ma=ρ气(4π/3)rrra

a=3kvv/(4πρ气r)

就是因为 阻力跟 r2次方成正比,而体积跟r3次方成正比,由于这相差的1次方,导致了 r 大的时候,这个负加速度的绝对值反而小。

因此,阻力对大气泡的阻碍效果要比小气泡小。

那么具体有多大影响呢?

我们考虑,如果没有阻力,那么气泡会以[1]中的加速度a=(ρ液/ρ气 -1)g ,向上匀加速运动,由于ρ液/ρ气比值很大,所以这个加速度会非常大,气泡会疯狂加速。 但是事实上,我们并没有观察到“疯狂的气泡”,实际上气泡的加速程度是很有限的。 这说明这个加速度 大部分都被 水阻力的负加速度 抵消掉了。 所以 阻力在此绝对不能忽略,而且不仅不能忽略,还是一个非常重要的因素。 因此[2]中得到的 阻力跟r 成反比的结论可以看出,如果两个气泡的r 是1:2 ,那么阻力加速度绝对值比值是2:1,这个比值还是很可观的。

[3]考虑速度对阻力的影响

在[2]中我们仅仅思考了r 对阻力的影响。 事实上v 对阻力的影响也特别大。阻力跟v2次成正比,当v 越来越大的时候,阻力快速增加。于是会出现,当v 达到一定程度的时候,阻力跟[1]中的浮力相等,于是水泡达到 稳定的速度最大值,水泡变成匀速上升。(当然要水瓶子足够高,以使水泡们有机会达到这个速度稳定最大值),下面我们来计算一下这个最大值。

当达到稳定最大值时,

阻力=(浮力-重力)

也就是[1]和[2]中 得出的两个加速度绝对值相等

(ρ液/ρ气 -1)g=3kvv/(4πρ气r)

于是我们得到最大速度为

v =(4π/3k)(ρ液-ρ气)gr

我们可以看到,最后的稳定速度,跟半径是成正比的。半径大的最后能达到的稳定速度大。

[2]让我们知道,速度相等时,半径大的获得的加速度大

[3]让我们知道,半径大的可以达到的稳定速度上限更大

[4]考虑形变对阻力的影响 形变对浮力和重力无影响,浮力和重力只跟体积有关,跟形状无任何关系 但是形变对浮力的影响却不能忽略 气泡如果不运动的话,在水中的稳定状态 应该是标准的球形。 但是一旦运动中遇到阻力会变成规避阻力的流线型。 体积越大的气泡,他的形变量越大,但是是不是 大气泡与小气泡的形变比例是相同的呢。答不是的,越大的 形变比例会越大。 如果受力相同,体积大的形变比例要更大(同样要脚踩一个20厘米直径的乒乓球,和一个标准尺寸的乒乓球,假如他们材质都一样,很容易知道小的更难被踩瘪)。原因就在于,曲率半径越小,在工程学上这个物体结构就越稳定。 更何况 他们受力是不一样的,大气泡受力更大,所以形变比例就更大了。 于是形变比例 在大气泡身上会更大,自然规避掉的 由阻力产生的加速度就会更多。 我们来看看这个形变到底有多大影响: 仔细观察一下就可以知道,在横切面上形变还是可以观察到的。大气泡会有变成胖黄瓜形状的趋势。假设半径仅仅变化了20%,也就是半径变成以前的0.8,那么阻力跟r 成正比,自然也会变成0.8倍,还是很可观的,大概就是这个数量级的影响。 而且不单瞬时的阻力小了,瞬时加速度增加了,而且最终的稳定最大速度也会提高。1/80% -1,就是提高25% (注意这里解释的是 大气泡“形变比例”更大的原因,而不是“形变”更大的原因,大气泡“形变”更大是不需要解释的吧。) 综合[1][2][3][4],我们可以知道,大气泡上升的速度会更大

PS:有的楼层说,大气泡浮力大,所以走的快。这是典型牛2定律没掌握导致的错误哦。 不是受力大就走得快的。力要除以质量,得到加速度,在初速度相同都为0的情况下,这个加速度才能反应物体运动情况。不要忘记力要除以质量。

物体放在水中的压强是不是大气压加上液体压强?——正确!!!

所以,平时算压强,P=ρgh的时候,题目是这样问的: 物体放在水中,受到水的压强为? 这样,就是只算水产生的压强,不算大气压。严格说,如果问“物体在放在水中,受到的压强为?”这个时候就等于大气压加上水的压强。

我再提一个问题,液体上下会不会气压抵消(如果液体本身在大气中包围) ——正确!!! 不过,由于液体有流动性,直接放在大气中不好计算,所以没有题目这样考。要考的话,都是用容器把液体装好。但是从道理上说,直接暴露在大气中的液体,气压确实会抵消。因为液体上下表面都受到大气压强,并且相差极小,近似相等,故可以看做抵消。

外界大气压强会通过水传递到悬浮在水中的物体表面。 只是根据液压

传递原理,通过水体传递到物体表面各处的压强相等(仅考虑传递大气压强的部分,不计算水体本身造成的压强,后者才是物体所受浮力的来源),所以外界大气压强对于物体受到的浮力没有影响。如果物体不可压缩,改变外界压强,不会改变物体的沉浮状态。但是如果物体可压缩,当外界气压增大时,水中的物体也会被压缩,排水体积减少,浮力减少,物体有可能由悬浮状态变为下沉。

在水中也受大气压的作用吗?

受! 因为液体能把受的的压强向各个方向传递,所以水面受到的大气压会被水传递到在水面下的人和其它物体上,水内部的物体受到的总的压强等于水本身产生的压强加上大气压强。

{

}

层流和紊流的本质区别:层流时流体无纵向运动;湍流时流体有纵向运动。一般判定用雷诺数。小于2000,为层流;2000~4000,过渡型; 大于4000, 湍流

.


相关内容

  • 加压去离子水短脉冲击穿特性的初步研究

    8卷 第4期 第1006年4月 2 强激光与粒子束 HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Vol.18,No.4 ,Ar.2006 p 文章编号:()001-4322200604-0693-04 1 加压去离子水短脉 ...


  • 第08章液体

    第八章液体 8-1在20平方公里的湖面上,下了一场50mm的大雨,雨滴的半径r=1.0mm..设温度不变,求释放出来的能量. 解:已知湖表面积S=20×106m2,下雨使湖水面升高h=50×10-3m,设雨滴总个数为 N,则现只考虑由于雨水 ...


  • 低温液体管路输送中几个问题的分析

    第32卷 第4期低 温 与 超 导V o l . 32 N o. 4 2004年11月N ov . 2004CR YO GEN I CS AND SU PERCONDU CT I V IT Y Ξ 低温液体管路输送中几个问题的分析 张曙光 ...


  • [汽化和液化]教案

    第三节 汽化和液化 教学目标 一.知识目标 1.知道什么是汽化.液化.理解液化是汽化的逆过程. 2.了解沸腾现象,知道什么是沸点. 3.知道蒸发可以致冷. 二.能力目标 1.通过探究活动了解液体沸腾时的温度特点,培养学生观察能力和实验能力. ...


  • 徐孝 翻译

    本文是气液柱的分离性能关于研究旋风分离器(GLCC)石油工业的利益气液柱的分离性能的实验.全球GLCC 中的流体动力学行为的特点是各种流入操作条件下流动可视化.通过使用三种不同的喷嘴的影响研究了进口喷嘴设分离器的性能,并且它被证明是一个关键 ...


  • 实验二常压蒸馏和分馏(预习指导)

    实验二 常压蒸馏和分馏(5学时) 一.实验目的 1.了解蒸馏.分馏的原理和意义. 2.学习蒸馏和分馏的基本装臵的正确安装及使用. 3.了解分馏柱的种类和选用方法. 4.掌握常量法测定沸点的方法. 二.实验原理 1.蒸馏 将液体加热至沸腾,使 ...


  • 1固体密度的测量

    实验一 固体密度的测量 [实验目的] 1.学习用阿基米德原理测定固体密度: 2.学习天平及各测量长度仪器的使用方法. [实验原理] 1.测量方法 物质在某一温度下的密度ρ 定义为该物质在某一温度下单位体积的质量 ρ = m / V (1) ...


  • 过程工程原理 精馏(基本概念)

    6 精馏习题及答案 一.选择题 1. 蒸馏是利用各组分( )不同的特性实现分离的目的. C A 溶解度: B 等规度: C 挥发度: D 调和度. 2.在二元混合液中,沸点低的组分称为( )组分. C A 可挥发:B 不挥发:C 易挥发:D ...


  • 最大气泡法测定液体的表面张力 2

    前言 随着学科间的不断渗透,表(界)面问题,如界面吸附.微乳.界面反应.胶束等在化 学工程领域中的重要作用,日益被更多的人们所认识.尤其是物质表(界) 面动态吸附问题,是界面电性质.界面润湿性.乳化.界面瑞动以及泡沫分离.浮选.结晶.脱油和 ...