科普知识(27)——你真的了解流体和固体的区别吗?


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科普知识(27)——你真的了解流体和固体的区别吗?


在我们的生活中 , 流体是一种很常见的物质 。 无论是我们饮用的水或者现在正在呼吸的空气 , 都可以被归于流体的范畴 。


但是仅仅停留在这一认识上是不够的 , 我们现在要以一种更为科学的方式去了解这一物质 。
比如当别人问我们流体是什么的时候 , 我们不能仅仅回答它们是可以流动的物质 , 这样子的定义不但不科学 , 而且不好装逼 。




流体有如下定义 , 它在力学特征上是一种受任何微小剪切力作用 , 且只要这一力持续 , 则都能连续变形的物质 。
这一点主要有两点需要解释 , 首先是剪切力 , 其次是连续变形 。

剪切力是使材料的横截面沿该力的作用方向发生相对错动的一对力 。 这一对力是方向相反 , 大小相等且距离很近的力 。


当然接下来还是要以一种更为通俗的方式来进行解释 。 大家可以看到在下图中有这样一个立方体 。 当我们沿着箭头方向去推动这个立方体的上侧时 , 就对这个立方体产生了剪切力作用 。



因为这个立方体上侧所移动的距离 , 一定会比它下侧所移动的距离更大 。 尽管因为它的变形小到肉眼看不见 , 但这是肯定会发生的现象 。

这样一个位移的不同 , 自然就会导致立方体的上下层沿着横截面发生错动 。
当然这个时候可能会有人有疑惑 , 既然说剪切力是一对力 , 那么另外一个力在哪里呢?
其实另外一个力就是地面上的摩擦力 。 它与我们的推力是大小相等 , 方向相反 , 且距离比较近的力 。 当然如果这个两个力相距比较远 , 又会产生别的效果 , 但这就不是我们今天讨论的重点了 。

同样的情况 , 如果假设这一个方块都是由水组成 , 又会怎么样呢?当然这里并不是指在一个方块中装满了水 , 而是整个方块都是由水组成的 。


我知道这个时候可能又会有一些问题产生 , 那就是如何使水变成这样一个形状 。 毕竟如果没有载体的话 , 水在重力作用下无论如何也是不可能变成这样的 。 所以这边指的实际上是在没有重力的情况下 。

在这个时候 , 水同样也受到剪切力的作用 。
但是很明显的是水的表现和前面固体的表现不一样 。 首先 , 只要在这个力作用下 , 水就会不断的发生变形 。

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