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雷科技 2022-12-03

为什么流速大压强小?《张朝阳的物理课》介绍流体力学基本原理

怎么计算流体的压强?为什么船能够漂浮在水面上?为什么流速大的地方,压强相对更小? 12 月 2 日 12 时,《张朝阳的物理课》第一百零六期开播,搜狐创始人、董事局主席兼 CEO 张朝阳坐镇搜狐视频直播间,先从静止的不可压缩理想流体出发,引出流体的压强概念,介绍并分析了帕斯卡原理,接着通过受力平衡推导重力场下的静止流体压强公式,介绍阿基米德浮力定律。随后,张朝阳介绍稳恒流动状态下的流体性质,推导了连续性方程以及伯努利方程,并简要分析为什么在流速大的地方,压强相对较小。

课程一开始,张朝阳阐述了流体力学的重要性,介绍流体的压强概念以及不可压缩流体的帕斯卡原理,并通过帕斯卡原理说明流体可用于力的放大与缩小,并且这种力的缩放效应不违背能量守恒定律。随后,通过受力分析推导静流体的压强公式,同时得到阿基米德浮力定律。

分析完静止的情况,张朝阳转而分析起稳恒流动的不可压缩流体。通过借助电磁学中的电荷守恒定律以及其对应的连续性方程,并根据流体的质量守恒,得到流体力学的连续性方程,然后在不可压缩、稳恒的条件下对连续性方程进行了化简,结果表明速度场的散度为零。

最后,张朝阳推导了单位体积的重力势能与动能,并证明压强的梯度的反向等于流体压力的体密度,由此得知压强是压力体密度的势。进一步地,借助能量守恒定律,得到伯努利方程,并使用伯努利方程简要分析为什么在流速大的地方,压强相对较小;在流速小的地方,压强相对较大。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播一百余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年 11 月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的 " 两朵乌云 " 说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度。

随后,讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电动力学。之后进一步分析了地球的形变成因以及月球的退行效应,并转向研究流体力学领域。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:以演算物理为特色,注重从日常现象引入,通过一步一步详尽计算和硬核推导,理解自然界的基本规律。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午 12 时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频 " 关注流 " 中搜索 " 张朝阳 ",观看直播及往期完整视频回放;关注 " 张朝阳的物理课 " 账号,查看课程中的 " 知识点 " 短视频;此外,还可以在搜狐新闻 APP 的 " 搜狐科技 " 账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。中国科学院心理研究所应用心理硕士唐义诚,带你了解 " 夫妻相处中的吵架心理 ";北师大比较教育学博士史明洁的心理课堂分享 " 如何跟负面情绪和解 ",拒绝精神内耗;中国著名微表情读心专家纪宇,通过微表情教你 " 如何读懂孩子的心 ";清华大学临床医学博士申晨煜医生,帮你远离 " 职场 PUA"。未来将有更多知识主播入驻搜狐视频,一同玩转科学,探索不同领域。