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斯托克斯定律
來源:互聯(lián)網(wǎng)

球形物體在粘滯層流中克服的阻力:F=6πηυR。式中,R是球體的半徑,υ是它是相對(duì)于液體的速度,η是液體的粘滯系數(shù),該式稱為斯托克斯定律。

簡(jiǎn)要概述

當(dāng)物體在粘滯性流體中作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),物體表面附著一層液體,這一液層與其相鄰液層之間有內(nèi)摩擦力,因此物體在移動(dòng)過程中必須克服這一阻滯力,如果物體是球形的,而且液體相對(duì)于球體作層流運(yùn)動(dòng)。若設(shè)R是球體的半徑,υ是它是相對(duì)于液體的速度,η是液體的粘滯系數(shù),該式成為喬治·斯托克斯定律,則根據(jù)斯托克斯的計(jì)算,球體所受的阻力為:F=6πηυR。

求沉降速度

設(shè)有質(zhì)量為m,半徑為r的小球,在粘滯系數(shù)為η的流體中下沉。小球在靜止時(shí)速度為零,其所受的粘滯阻力亦為零。若小球所受的重力大于所受的浮力,則小球加速地下降,速度增加,粘滯阻力亦增加。當(dāng)達(dá)到重力,阻力和浮力平衡時(shí),小球則勻速下降。

設(shè)這時(shí)小球相對(duì)于粘滯液體的速度為υ,并令ρ代表小球的密度,ρ代表流體的密度,那么小球的重力mg=4/3*πr^3ρg,小球所受浮力4/3*πρr^3g,小球所受阻力為6πηrυ,則平衡方程:4/3*πρr^3ρg=4/3*πρr^3g+6πηrυ。

由此得:υ=2/9*(r*r*g/η)*(ρ-ρ)。

速度υ稱為收尾速度或沉降速度,當(dāng)小球在粘滯流體中下沉?xí)r,若小球的半徑r,ρ,ρ,則可以通過測(cè)得沉降速度υ獲得液體的粘滯系數(shù)。若ρ,η和ρ0為已知,也可以通過測(cè)量速度υ,可求小球的半徑或質(zhì)量。

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