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改变流体摩擦力的因素

作者:Ron Kurtus

有几个因素这可能会导致流体摩擦力变化-增加或减少它。

当固体物体穿过液体或气体时,就会发生流体摩擦。运动也有阻力一种流体,但它通常被归入流体动力学范畴,这里不做介绍。

决定固体物体上流体摩擦力大小的因素包括流体的粘度、固体物体的表面纹理和物体的形状。通过改变这些因素中的任何一个,可以增加或减少流体摩擦力的大小。

你可能会问的问题包括:

本节课将回答这些问题。有用的工具:单位转换



改变粘度摩擦

粘度是流体流动或改变形状的阻力。这是流体摩擦的一个因素。

材料影响摩擦

在空气中移动固体比在水中移动容易得多,因为水的密度和粘度更大。同样,物体在水中移动也比在重油中移动容易。

如果你能改变抵抗运动的流体类型,你显然会使用密度较小的流体来减少摩擦,使用密度较大的流体来增加摩擦。

热对粘度的影响

增加的热量会降低流体的粘度,从而减少流体摩擦。一个很好的例子是,汽油发动机在寒冷的冬天很难启动,因为它的油太稠了。一旦发动机加热,机油就会变稀,发动机就容易运转。

因此,可以通过加热流体来减少流体摩擦。

润滑

流体常用于润滑,因为它们能减少固体部件之间的摩擦。稀油产生的摩擦比粘度大的浓油小。在发动机中,有一个权衡,因为一旦稀薄的油变得非常热,它可能会变得太薄而不能保护发动机。但同样,稠油可能太稠,有太多的摩擦,甚至让发动机在非常寒冷的天气启动。多级油似乎是解决冷热问题的好办法。

薄薄的一层泥浆可以用来润滑一起滑动的物体,但如果这层泥浆太厚,物体必须在厚厚的泥浆中滑行,运动的阻力就会增加。

改变表面特征

可以通过改善固体物体的表面特性或纹理来减少流体沿表面滑动时的摩擦。很少改变表面特性来故意增加流体摩擦力。

粗糙表面

在大多数情况下,粗糙的表面纹理会比光滑的表面提供更多的阻力。即使表面光滑,铆钉和螺丝头等突出物也会增加摩擦。

动荡因素

流体摩擦的一个有趣的方面是,在表面设置微小的湍流区域将进一步减少摩擦。一个很好的例子就是高尔夫球表面的酒窝。如果一个球的表面完全光滑,它就不会飞得像一个表面有凹痕的球那样远。原因是每个酒窝都会在表面产生一小块乱流。这意味着空气在该区域的空气中流动,而不是沿着球的表面流动,从而减少了阻力摩擦。

高尔夫球上的酒窝可以减少表面摩擦

高尔夫球上的酒窝可以减少表面摩擦

但请注意,如果酒窝太大或太深,那么湍流会导致球减速。在高尔夫球的设计中,酒窝的大小和位置非常重要。

改变物体形状

在流体中运动的固体的形状很少被归入摩擦力的范畴。通常是流体动力学、空气阻力或水阻力的学科。

流线型减少摩擦

通过使在流体中移动的物体流线型化,可以大大降低阻力。平面在流体(如空气或水)中移动所遇到的阻力要比弯曲的表面大得多。

鲨鱼是流线型的,所以它可以很容易地在水中移动

鲨鱼是流线型的,所以它可以很容易地在水中移动

增加摩擦

当一架客机降落并试图减速时,机翼上的大襟翼提供了一个平坦的表面和额外的空气阻力,帮助飞机在一定程度上停下来。

此外,打开车窗会增加车内气流带来的空气阻力。

总结

流体的粘度、固体物体表面的光滑程度以及物体的形状都是改变流体摩擦力的因素。通过减少流体摩擦,可以更容易地在流体中移动物体,而增加摩擦则经常用于减慢运动或停止移动物体。


你的改变能力要灵活


资源及参考资料

罗恩·库图斯的证书

网站

摩擦资源-广泛的清单

摩擦的概念——HyperPhysics

RoyMech(英国)-摩擦因数

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