流體力學
流體
流體是任何會流動、並且會順著容器形狀改變自己形狀的物質。倒進玻璃杯的水、抹在吐司上的蜂蜜、灌滿氣球的空氣、從蠟燭裊裊上升的煙——這些都是流體。它回答了關於物質最基本的一個分類問題:哪些東西會保持自己固定的形狀(固體),哪些東西只會順應容器的形狀(流體)?
精確的想法在於物質如何回應一個側向的推力,這個推力稱為剪應力(shear stress)。固體會抵抗這種推力,最後停在一個略微變形但固定的形狀。流體做不到這件事:在任何持續的側向力之下,不論多小,它都會持續變形,一層滑過一層,於是流動起來。流體分成兩大家族。液體幾乎不可壓縮,並且保持固定的體積,會形成一個平坦的上表面。氣體則很容易被壓縮,會膨脹到填滿整個容器。兩者都有「會流動」的行為,所以都是流體。
只要留意,流體無處不在:你血管裡的血液、海洋與大氣、引擎裡的燃油與機油、水管裡的水。整個流體力學都從這一個起點長出來。一個誠實的提醒:固體與流體之間那條清楚的界線有時會變得模糊。玻璃、瀝青、牙膏在幾秒鐘的尺度上像固體,但在很長的時間或適當的推力之下卻會流動,所以真實的物質有時就介於兩者之間。
傾斜一杯水,水面仍保持水平,而水本身重新塑形;傾斜一塊磚頭,卻什麼都不動。水會流動,是因為它無法抵抗持續的側向推力,所以它是流體;磚頭則是固體。
判斷流體的方法:在任何持續的側向力下,它會不斷變形,而不是維持一個形狀。
液體與氣體都是流體;差別在於液體幾乎不可壓縮、體積固定,而氣體很容易壓縮、會填滿任何容器。
又称
另见