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怎么理解应力张量?《张朝阳的物理课》推导纳维尔-斯托克斯 ... ...

2023-4-5 20:38| 发布者: 摄影数码| 查看: 959| 评论: 0

文章来源:雷科技


流体微元与流体微元之间存在摩擦力?怎么定量描述流体的内部摩擦力?考虑了粘滞系数之后流体的运动方程是怎样的?《张朝阳的物理课》第一百零八期与第一百零九期分别在12月9日12时与12月11日12时开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,先给网友们复习了伯努利定理以及对它的理解,然后引入粘滞系数不为零时不可压缩流体的纳维尔-斯托克斯方程,继而介绍起流体的剪切力,并将其推广到了一般的应力张量上,类比得到一般应力张量所对应的力密度公式,最后推导出纳维尔-斯托克斯方程。


张朝阳先给网友们复习了伯努利定理以及欧拉方程,并通过具体的例子说明了两者对同一个系统的分析是互相吻合的,同时表明了流体微元加速度不仅体现在速度场随时间的变化率方面,还体现在微元位置改变导致的速度的变化上。然后,张朝阳介绍了欧拉方程在粘滞系数不为零的情况下的推广:纳维尔-斯托克斯方程。


紧接着,张朝阳开始介绍切应力的概念,以及牛顿流体的切应力所满足的性质,并且借助“火车上的人持续拍车外的球”的例子形象地说明了该性质成立的原因。然后,张朝阳将剪切应力推广到了一般的应力,给出了应力张量的定义,并通过压强的体力公式推广得到一般应力张量所导致的作用力体密度。


介绍完一般的应力张量的性质后,张朝阳从牛顿剪切力出发,借助旋转变换说明了在不可压缩流体上一般的应力密度与速度场的关系。此关系表明速度场的不均匀性不仅会导致剪切力,还会改变正应力。有了这个关系,张朝阳借助应力的力密度公式,成功推导得到纳维尔-斯托克斯定理。


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推导过程。


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。



文章来源:雷科技

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