为什么会向相反方向运动？

sikao

[这个贴子最后由sikao在 2003/10/02 08:51am 第 3 次编辑]



为什么会向相反方向运动？

假设在光滑的水平面上有一个平板，在平板上有一重物和一个人，如果这个人推动这个重物的力等于平板对这个重物的摩擦力，那么重物将在平板上匀速运动，而平板则没有运动状态的改变。
但是如果上述推力大于平板对这个重物的摩擦力，那么重物将变速运动，同时平板也将向相反方向变速运动——平板的运动状态将发生改变。
假设在光滑的水平面上有一个等径的笔直管道，如果管道内的水压等于管道对水的阻力，那么水将在管道中匀速运动，而管道则没有运动状态的改变。
但是如果这个水压大于管道对水的阻力，那么水将变速运动，这时管道的运动状态将会改变吗？如果会，原因是什么？
在这里要注意的是：由于水的向前的流动，水对管道的作用力是向前的，所以按理说管道不应该向后运动，而应该向前运动才是。

iceArcher

我想，管道的确应该向后作加速运动，这是因为质点系动量守恒的原理。考虑一个极端的例子：如果管道的动力端是类似燃烧室一样的封闭构造，能提供非常之大的推力，那么该管道就会象火箭一样地飞了。^_^
随便说说，算是抛砖引玉吧。

sikao

下面引用由iceArcher在 2003/10/01 10:49am 发表的内容：
我想，管道的确应该向后作加速运动，这是因为质点系动量守恒的原理。考虑一个极端的例子：如果管道的动力端是类似燃烧室一样的封闭构造，能提供非常之大的推力，那么该管道就会象火箭一样地飞了。^_^
随便说说， ...

管道受到的摩擦力是向前的，管道为什么会向后运动呢？
还有，如果管道向后加速运动，那么管道中的水向什么方向运动呢？水不随着管道一起运动？

sikao

下面引用由iceArcher在 2003/10/01 10:49am 发表的内容：
我想，管道的确应该向后作加速运动，这是因为质点系动量守恒的原理。考虑一个极端的例子：如果管道的动力端是类似燃烧室一样的封闭构造，能提供非常之大的推力，那么该管道就会象火箭一样地飞了。^_^
随便说说， ...

如果这个管子很长，而且也如你说的要向后运动，那么使管子向后运动的力作用在什么地方呢？

松鸟菜菜子

大哥们，你们在说什么？即使在压力与管道阻力相同的时候，对于管道来说不是也只受到流体的反作用力吗？这种情况下，管道怎么会不动？

sikao

下面引用由松鸟菜菜子在 2003/10/02 00:39am 发表的内容：
大哥们，你们在说什么？即使在压力与管道阻力相同的时候，对于管道来说不是也只受到流体的反作用力吗？这种情况下，管道怎么会不动？

由于水的向前流动，水给管道的力是向前的，所以管道不应该向后运动，反而应该向前运动，而实际上管道却向后运动，这是为什么呢？

woodland

[这个贴子最后由woodland在 2003/10/04 02:30am 第 2 次编辑]

假设在光滑的水平面上有一个等径的笔直管道，如果管道内的水压等于管道对水的阻力，那么水将在管道中匀速运动，而管道则没有运动状态的改变。
》》管道同时受到水的反作用力，所以运动状态肯定有变化。
但是如果这个水压大于管道对水的阻力，那么水将变速运动，这时管道的运动状态将会改变吗？如果会，原因是什么？
》》肯定会变化，因为水沿途做变速运动，则管道沿途所受反作用力也发生变化，所以肯定有运动状态的改变。
在这里要注意的是：由于水的向前的流动，水对管道的作用力是向前的，所以按理说管道不应该向后运动，而应该向前运动才是。
》》如果管道是两端开口的、水平的、等径的，则肯定是向前运动的。如果管道是封闭的，或弯曲的，或变直径的，则需要考虑由动量变化引起的力的作用。简单地说，管道的受力是由摩擦力和压力组成的，对于两端开口的、水平的、等径的管道，压力为零，所以管道向前运动；而对于封闭的管道则要考虑管壁在垂直于水流方向的投影分量所受到的压力作用，这个压力作用可以用动量定理计算得到。在存在压力的情况下，管道可能是向后运动的。

sikao

下面引用由woodland在 2003/10/04 02:26am 发表的内容：
假设在光滑的水平面上有一个等径的笔直管道，如果管道内的水压等于管道对水的阻力，那么水将在管道中匀速运动，而管道则没有运动状态的改变。
》》管道同时受到水的反作用力，所以运动状态肯定有变化。
但是如　...

如果管道内的水压等于管道对水的阻力，管道的运动状态也会改变？

nice97

管道内的水压实际上处处都是垂直于管壁的啊，由于水的粘性，在管壁上作用了一个粘性力，这个力是沿切向的，也就是摩擦力。当水在管内流动的时候，为了克服沿途的摩擦力（通常称为沿程损失），需要一定的压差，管子越长，这个压差就越大，而且这个值不是人为可以给定的，它是管道内流体速度和管壁粗糙度的函数。所以实际上当流体匀速通过给定长度的管道时，两端的压力差总是等于该段管道的沿程损失。如果我们就取这一段管道内的流体作为控制体，那么它收到的力就是两端的压力（垂直端面）、管壁施加的压力（垂直管壁）和摩擦力（沿管壁）。对流体而言，摩擦力和两端压力差平衡，从而匀速流动；对管壁而言，受到了流体的摩擦力，如果没有两边其他辅助固定的装置，必定被流体拖着向前运动的。对于火箭，必须考虑到一端是封闭的，这样整个火箭的确是向后运动，但是如果对于火箭筒上的一截壁面作分析的话，也还是受到向前的摩擦力作用的。

sikao

下面引用由nice97在 2003/10/10 08:35am 发表的内容：
管道内的水压实际上处处都是垂直于管壁的啊，由于水的粘性，在管壁上作用了一个粘性力，这个力是沿切向的，也就是摩擦力。当水在管内流动的时候，为了克服沿途的摩擦力（通常称为沿程损失），需要一定的压差，管 ...

既然管道所受到的摩擦力是与水流的方向一致的，那么管道为什么还会向相反的方向运动呢？

nice97

下面引用由sikao在 2003/10/10 01:31pm 发表的内容：
既然管道所受到的摩擦力是与水流的方向一致的，那么管道为什么还会向相反的方向运动呢？

实验可以证明一切，我认为直管，两端开口的，如果有水流通过的话，必定是被水流连带着冲向下游。你所说的管道会往相反的方向运动，是不是观察趟倒在草坪上的一根浇水用的橡皮管后的结果？对于那种情况，的却是向后运动的，因为它不是直管，所以在弯曲的地方，水要变速，管道两侧受到的水压就不相等，于是整体考虑，根据动量守恒，管道就回缩。施加这种让管道回缩的力的，就是弯曲的地方水在管道两侧形成的大小不同的压力。

sikao

下面引用由nice97在 2003/10/10 01:52pm 发表的内容：
实验可以证明一切，我认为直管，两端开口的，如果有水流通过的话，必定是被水流连带着冲向下游。你所说的管道会往相反的方向运动，是不是观察趟倒在草坪上的一根浇水用的橡皮管后的结果？对于那种情况，的却是向 ...

你的意思是说，假如我们有一个很长的笔直的管道形的喷水的火箭，那么这个火箭就不会飞行的，因为管道没有拐弯，是不是？

nice97

火箭是一端封闭的啊，实际上封闭的那一端相当于管道的拐弯部分。

sikao

下面引用由nice97在 2003/10/11 01:07pm 发表的内容：
火箭是一端封闭的啊，实际上封闭的那一端相当于管道的拐弯部分。

你的这个问题我已经在
http://cfluid.imcas.net/cgi-bin/LB5000/topic.cgi?forum=37&topic=20&show=0
给予了回答。