物理學習指南/流體

浮力

浮力是作用在流體（氣體或液體）中物體上下表面產生的壓力差而產生的力。

合力 = 浮力 - 物體所受重力

伯努利原理

流體流動是一個複雜的現象。理想流體可以描述為

• 流體流動是穩定的，即其在每個點的速度隨時間保持不變。
• 流體是不可壓縮的。此條件適用於液體，在某些情況下也適用於氣體。
• 流體流動是無粘性的。忽略內摩擦。在該流體中移動的物體不會受到阻力。我們在討論斯托克斯定律時放鬆了此條件。
• 流體流動是無旋的。流體關於任何點的角動量為零。放置在流體中任意點的極小輪子不會繞其中心旋轉。請注意，如果存在湍流，輪子很可能會旋轉，並且其流動就不是無旋的。

當流體透過橫截面和海拔高度不同的管道流動時，壓力會沿管道發生變化。瑞士物理學家 丹尼爾·伯努利 (1700-1782) 最早推匯出一個表示式，將壓力與流體速度和高度聯絡起來。此結果是能量守恆定律的結果，適用於上述理想流體。

考慮在橫截面不同的管道中流動的理想流體。一段長度為 $\Delta x_{1}$ 的流體在時間 $\Delta t$ 內移動到長度為 $\Delta x_{2}$ 的部分。伯努利給出的關係是

$P+{\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}+\rho gh={\text{constant}}$

其中

$P$ 是橫截面的壓力

$h$ 是橫截面的高度

$\rho$ 是密度

$v$ 是橫截面的流體速度

換句話說，伯努利關係可以表述為

當我們沿著流線移動時，壓力 ($P$)、單位體積動能和單位體積勢能的總和保持不變。

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（待續）