伯努利原理


伯努利原理

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伯努利原理(又称伯努利定律)是流体力学中的一个定律 , 由瑞士流体物理学家丹尼尔·伯努利于1726年提出 。它是水力学所采用的基本原理 , 即:动能+重力势能+压力势能=常数 。其最著名的推论为:等高流动时 , 流速大 , 压力就小 。它仅适用于粘度可以忽略、不可被压缩的理想流体 。伯努利 , 瑞士物理学家、数学家、医学家 。他是伯努利这个数学家族(4代10人)中最杰出的代表 , 16岁时就在巴塞尔大学攻读哲学与逻辑 , 后获得哲学硕士学位 , 17~20岁又学习医学 , 于1721年获医学硕士学位 , 成为外科名医并担任过解剖学教授 。但在父兄熏陶下最后仍转到数理科学 。伯努利成功的领域很广 , 除流体动力学这一主要领域外 , 还有天文测量、引力、行星的不规则轨道、磁学、海洋、潮汐等 。适于理想流体(不存在摩擦阻力) 。式中P为流体中某点的压强 , v为流体该点的流速 , ρ为流体密度 , g为重力加速度 , h为该点所在高度 , C是一个常量 。假设条件使用伯努利定律必须符合以下假设 , 方可使用;如没完全符合以下假设 , 所求的解也是近似值 。定常流:在流动系统中 , 流体在任何一点之性质不随时间改变 。不可压缩流:密度为常数 , 在流体为气体适用于马赫数(Ma)<0.3 。无摩擦流:摩擦效应可忽略 , 忽略黏滞性效应 。流体沿着流线流动:流体元素沿着流线而流动 , 流线间彼此是不相交的 。
伯努利原理通俗解释如下:
在流体中 , 速度大 , 压强就小 , 速度小 , 压强就高 , 当然也有它的适用条件 , 就是所谓的理想流体 , 第一就是流体不随时间变化 , 第二就是无摩擦 , 第三就是不可压缩 , 第四就是流体沿着流线运动 , 流线彼此不相交 。
丹尼尔伯努利在1726年首先提出时的内容就是:在水流或气流里 , 如果速度小 , 压强就大 , 如果速度大 , 压强就小 。
向AB管吹进空气 。如果管的切面小(像a处) , 空气的速度就大;而在切面大的地方(像b处) , 空气的速度就小 。在速度大的地方压力小 , 速度小的地方压力大 。因为a处的空气压力小 , 所以C管里的液体就上升;同时b处的比较大的空气压力使D管里的液体下降 。
丹尼尔伯努利出生于荷兰的格罗宁根 , 16岁时获艺术硕士学位 , 21岁时又获得医学博士学位 。他曾申请解剖学和植物学教授职位 , 但未成功 。丹尼尔受父兄影响 , 一直很喜欢数学 。
1724年 , 他在去威尼斯的旅途中发表了《数学练习》一文 , 引起学术界关注 , 并被邀请到圣彼得堡科学院工作 。1725年 , 25岁的丹尼尔受聘为圣彼得堡科学院生理学院士和数学院士 。
1727年 , 20岁的欧拉(后人将他与阿基米德、牛顿和高斯并列为数学史上的“四杰”)到圣彼得堡工作 , 成为丹尼尔的助手 。
伯努利方程三种公式如下:
【伯努利原理】P1/ρg+h1+ν21/2g=C(constant value) 。
ρg(P1/ρg+h1+ν21/2g)=C(another constant value) 。
i.e.P1+h1ρg+1/2ρv^2=C 。
式中p为流体中某点的压强 , v为流体该点的流速 , ρ为流体密度 , g为重力加速度 , h为该点所在高度 , C是一个常量 。它也可以被表述为p1+1/2ρv12+ρgh1=p2+1/2ρv22+ρgh2 。
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使用伯努利定律必须符合以下假设 , 方可使用;如没完全符合以下假设 , 所求的解也是近似值 :
1、定常流:在流动系统中 , 流体在任何一点之性质不随时间改变 。
2、不可压缩流:密度为常数 , 在流体为气体适用于马赫数(Ma)<0.3 。
3、无摩擦流:摩擦效应可忽略 , 忽略黏滞性效应 。
4、流体沿着流线流动:流体元素沿着流线而流动 , 流线间彼此是不相交的 。