《水力学》作业题参考答案.docx

《水力学》作业题参考答案

选择题

1.按连续介质的概念，流体质点是指（）。

A.流体的分子

B.流体内的固体颗粒

C.几何的点

D.几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体

答案：D

解析：连续介质模型将流体看作是由无数个连续分布的流体质点所组成的连续介质。流体质点是一个宏观上足够小、微观上足够大的微元体，宏观小意味着其几何尺寸同流动空间相比是极小量，微观大则表示它含有大量分子。选项A，流体分子不符合流体质点宏观足够小且包含大量分子的概念；选项B，流体内的固体颗粒不是流体质点的定义；选项C，几何的点没有质量和物理属性，不符合流体质点的要求。

2.液体的粘性随温度的升高而（）。

A.增大

B.减小

C.不变

D.不定

答案：B

解析：液体的粘性主要来源于分子间的内聚力。当温度升高时，分子的热运动加剧，分子间的距离增大，内聚力减小，使得液体分子之间的相对运动更容易，粘性也就随之减小。而气体的粘性随温度升高而增大，这是因为气体粘性主要取决于分子的热运动动量交换，温度升高，分子热运动加剧，动量交换增强，粘性增大。

3.静止液体中同一点各方向的压强（）。

A.数值相等

B.数值不等

C.仅水平方向数值相等

D.铅直方向数值最大

答案：A

解析：根据静水压强的特性，静止液体中同一点各方向的静水压强大小相等，与作用面的方位无关。这可以通过建立微小四面体的力学平衡方程推导得出。所以选项B、C、D错误。

填空题

1.牛顿内摩擦定律表达式为（），其中比例系数μ称为（）。

答案：\(\tau=\mu\frac{du}{dy}\)；动力粘度

解析：牛顿内摩擦定律描述了流体的粘性力与速度梯度之间的关系，公式\(\tau=\mu\frac{du}{dy}\)中，\(\tau\)是切应力，\(\frac{du}{dy}\)是速度梯度。比例系数\(\mu\)称为动力粘度，它反映了流体粘性的大小，不同的流体有不同的动力粘度值，且动力粘度与流体的种类、温度等因素有关。

2.液体的表面张力系数σ的单位是（）。

答案：N/m

解析：表面张力系数\(\sigma\)定义为单位长度上的表面张力。表面张力的单位是牛顿（N），长度的单位是米（m），所以表面张力系数的单位是N/m。它是衡量液体表面收缩能力的一个物理量。

3.作用于液体上的力按其作用方式可分为（）和（）。

答案：质量力；表面力

解析：质量力是作用在液体每一个质点上的力，其大小与液体的质量成正比，如重力、惯性力等；表面力是作用在液体表面上的力，其大小与作用的表面积成正比，如压力、切力等。这是对作用于液体上的力的基本分类方式。

判断题

1.理想流体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的流体。（）

答案：正确

解析：理想流体是一种为了简化流体力学问题的分析和计算而提出的理想化模型。在实际流体中，粘性是普遍存在的，但在某些情况下，粘性的影响相对较小可以忽略不计。理想流体假设流体没有粘滞性，即流体内部不存在切应力，这样可以使问题的求解更加简单。

2.平衡流体中的等压面必为水平面。（）

答案：错误

解析：在质量力只有重力的情况下，平衡流体中的等压面是水平面。但如果流体还受到其他质量力的作用，如惯性力等，等压面就不一定是水平面了。例如，做等加速直线运动的液体，其等压面是倾斜的平面。所以该说法错误。

3.当平面水平放置时，压力中心与平面形心重合。（）

答案：正确

解析：平面上的静水总压力的作用点称为压力中心。当平面水平放置时，作用在平面上的静水压强处处相等，此时压力中心与平面形心重合。因为形心是平面图形的几何中心，在压强均匀分布的情况下，合力的作用点就在形心处。

解答题

1.已知某种液体的密度\(\rho=850kg/m^{3}\)，动力粘度\(\mu=0.05Pa\cdots\)，求其运动粘度\(\nu\)。

解：运动粘度\(\nu\)与动力粘度\(\mu\)和密度\(\rho\)的关系为\(\nu=\frac{\mu}{\rho}\)。

将\(\rho=850kg/m^{3}\)，\(\mu=0.05Pa\cdots\)代入公式可得：

\(\nu=\frac{0.05}{850}\approx5.88\times10^{5}m^{2}/s\)

答：该液体的运动粘度约为\(5.88\times10^{5}m^{2}/s\)。

2.一矩形平板闸门，宽度\(b=2m\)，两侧均有水，左侧水深\(h_1=4m\)，右侧水深\(h_2=2m\)，求作用在闸门上的静水总压力及其作用点。

解：

（1）先求左侧水对闸门的静水总压力\(P_1\)：

根据矩形平面静水总压力公式\(P=\rho