物理基礎/流體力學

任何可以流動的物質被稱為流體。換句話說，流體不能承受剪下應力或拉伸應力。本章專門研究流體的行為（機制）。流體機制是一門重要的科學，應用於水利工程、航空等領域。流體力學主要分為兩個分支，即流體靜力學，研究流體處於靜止狀態時的行為，以及流體動力學，研究流體流動時的行為，例如水流動時會發生什麼？所以讓我們深入瞭解流體力學。

流體很容易流動，因為它們的分子間作用力在室溫下比較弱。流體沒有固定的形狀，會根據容器的形狀而改變。像空氣這樣的流體沒有固定的形狀，而且非常湍流。

壓力

圖 15-1 用於測量流體下壓力裝置的示意圖

所有流體都會對浸入其中的任何物質施加力。這被稱為壓力。壓力會壓縮浸入流體中的任何物體。可以使用圖 15-1 所示的裝置測量流體中的壓力。該裝置由一個抽真空的圓柱體和一個緊密配合的活塞組成。活塞向圓柱體內移動時會受到彈簧的阻力。

當圓柱體浸入水中時，力作用在活塞上，將其推入圓柱體內。如果我們正確校準了彈簧，我們可以透過測量活塞在圓柱體中的位置來確定作用在活塞上的壓力。

讓我們看看如何計算壓力。在數學上，壓力等於作用在物體上的力除以物體表面積。即

$P={\frac {F}{A}}N/m^{2}$

假設活塞的半徑為 $r$ 米，那麼壓力為

$P={\frac {F}{\pi r^{2}}}$

假設活塞從其正常位置向內移動了 $x$ 米。然後作用在活塞上的力等於

$F=Kx$

其中 K 是一個常數。因此壓力為

$P={\frac {Kx}{\pi r^{2}}}N/m^{2}$

力的單位是牛頓 ($N$)，面積的單位是平方米 ($m^{2}$)。壓力是單位面積上的力，因此單位是牛頓每平方米 ($N/m^{2}$)。為了紀念偉大的數學家布萊斯·帕斯卡，壓力被稱為帕斯卡。