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流体力学

连续性方程

连续方程 A·v = const(质量守恒),越窄反比越快,Q = A·v

让水通过先粗后细的管子,窄脖子那里水势变急。同样的水必须从更窄的门出去,所以只好在那里变快。亲手把脖子收紧,理由就到手。进去的水不消失,这一件把管子的每个截面捆在一起。

沿管子拖动探针,读出截面积 A 和速度 v,越窄越快。宽的一边从容,脖子猛。可是两者的乘积 A·v 到处一样。位置变了,这个乘积仍留成一个值,就是这张图的全部。

这次亲手收紧脖子,关系就清楚。面积减到一半,速度变成两倍,面积和速度按反比咬在一起。越收,水势越猛,再放开,水势又从容。面少了多少,快慢就补上多少。

A 和 v 反向移动,可是两者相乘,在两个截面上相同。这个乘积 A·v 是单位时间通过的体积,也就是流量。一边出去的体积必须等于另一边进来的体积,管子不漏,流量就保成一条线。

写成式子是 A1 v1 = A2 v2,也就是 Q = A·v 恒定。拖动前一截面的速度 v1,脖子的速度就按 v2 = v1·A1A2 跟着来。水几乎不被压缩,体积原样通过。像气体那样密度会变的时候,连密度一起乘上的 ρ·A·v 恒定。

把软管的端头收窄,同样的水挤进细孔,射得远。喷嘴、喷雾器、注射器都是这个道理。收紧孔,就是把水势立起来,同样的量从更窄的门出去。

实际应用收起来说,定常流动里进来多少就要出去多少,所以截面积和速度的乘积在管子的任何地方都恒定。A1 v1 = A2 v2,也就是体积流量 Q = A·v 被守恒,截面变窄,速度就按反比变大,一半的面积就是两倍的速度。这在不可压缩流体里成立,可压缩气体里 ρ·A·v 恒定。收紧和加速是一个身体,这个直觉穿过喷嘴、软管、血管和河滩。把同一股流动看成能量,变快的地方压力为什么下降就接着来。
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