曲面上的压强差:设液体表面是曲面,M 是曲面上一点,曲面两侧流体作用在 M 点上的压强分别为 p₁ 与 p₂。做两个垂直于切平面且相互正交的平面,交线为 AB 与 CD,设其曲率分别为 R₁、R₂。
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北京大学力学学科规划教材
吴望一 编著北京大学出版社
ISBN 978-7-301-31057-1616 页
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曲面上的压强差:设液体表面是曲面,M 是曲面上一点,曲面两侧流体作用在 M 点上的压强分别为 p₁ 与 p₂。做两个垂直于切平面且相互正交的平面,交线为 AB 与 CD,设其曲率分别为 R₁、R₂。
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表面张力的法向合力:作用在 dS₂ 两边上的两个 TdS₂,其合力沿法线方向,大小为 ;同理,作用在 dS₁ 两边上的两个 TdS₁ 合力大小为 。四个表面张力的合力垂直表面向上。
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杨-拉普拉斯公式:表面张力的合力必须与作用在 dS₁dS₂ 上的压强差平衡,于是。R₁、R₂ 通常取曲面在 M 点的两个主曲率半径。
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杨-拉普拉斯公式的物理意义:压强差与表面张力系数成正比、与曲率半径成反比。曲面越弯曲(半径越小),两侧压强差越大;球面时 R₁=R₂=R,得 。
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杨-拉普拉斯公式的正确表达式为
p₁−p₂=T(1/R₁+1/R₂)
p₁−p₂=T(1/R₁−1/R₂)
p₁+p₂=T(1/R₁+1/R₂)
p₁−p₂=T(R₁+R₂)
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杨-拉普拉斯公式中的 R₁、R₂ 通常取为曲面在 M 点的
主曲率半径
任意曲率半径
球半径
平均半径
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曲面越弯曲(曲率半径越小),曲面两侧压强差越大。
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球面情形(R₁=R₂=R)的杨-拉普拉斯公式为
p₁−p₂=2T/R
p₁−p₂=T/R
p₁−p₂=4T/R
p₁−p₂=T/(2R)
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推导杨-拉普拉斯公式时需要平衡的力包括
表面张力的法向合力
曲面两侧的压强差
流体重力
黏性力
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