斯托克斯定律

更新时间:2022-08-26 10:37

球形物体在粘滞层流中克服的阻力:F=6πηυR。式中,R是球体的半径,υ是它是相对于液体的速度,η是液体的粘滞系数,该式称为斯托克斯定律。

简要概述

当物体在粘滞性流体中作匀速运动时,物体表面附着一层液体,这一液层与其相邻液层之间有内摩擦力,因此物体在移动过程中必须克服这一阻滞力,如果物体是球形的,而且液体相对于球体作层流运动。若设R是球体的半径,υ是它是相对于液体的速度,η是液体的粘滞系数,该式成为斯托克斯定律,则根据斯托克斯的计算,球体所受的阻力为:F=6πηυR。

由斯托克斯定律求沉降速度

设有质量为m,半径为r的小球,在粘滞系数为η的流体中下沉。小球在静止时速度为零,其所受的粘滞阻力亦为零。若小球所受的重力大于所受的浮力,则小球加速地下降,速度增加,粘滞阻力亦增加。当达到重力,阻力和浮力平衡时,小球则匀速下降。

设这时小球相对于粘滞液体的速度为υ,并令ρ代表小球的密度,ρ0代表流体的密度,那么小球的重力mg=4/3*πr^3ρg,小球所受浮力4/3*πρ0r^3g,小球所受阻力为6πηrυ ,则平衡方程:4/3*πr^3ρg=4/3*πρ0r^3g+6πηrυ。

由此得:υ=2/9*(r*r*g/η)*(ρ-ρ0)。

速度υ称为收尾速度或沉降速度,当小球在粘滞流体中下沉时,若小球的半径r,ρ,ρ,则可以通过测得沉降速度υ获得液体的粘滞系数。若ρ,η和ρ0为已知,也可以通过测量速度υ,可求小球的半径或质量。

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