范文一:科学小论文-惯性的作用
惯性的作用
每当我坐车的时候,妈妈一踩刹车,车子停下来了,而我的身体仍会向前倒。这个问题捆扰了我很久。
我问妈妈这是为什么,妈妈告诉我:“这是惯性的作用。”我挠了挠头,对“惯性”这个词有些陌生。看着我的样子,妈妈笑了:“这个惯性就是当车的速度减少的时候,人仍在以开始的速度在走,因此会往前倒。”
为了让我更好的理解“惯性”,我和妈妈一起做了个实验:硬币放在饮料瓶的盖子上,然后在硬币下压一张纸条,妈妈让我将纸条快速抽出。我有些紧张,按妈妈的要求,心里喊着123,快速的将纸抽出,“哇,我成功了!”当纸抽出后,硬币却依然留在瓶盖上。这个实验太精彩了。
“物体只要不受到外力的作用,就永远会保持静止或者当时的匀速。”妈妈告诉我,“举个例子,当汽车快速行驶中,突然急刹车或减速,车子仍会向前行驶一段路,这是惯性的原理。在刚才的实验里,瓶子、硬币、纸都是静止不动的,当其中有一样快速移动,而另外静止的两个物体在惯性的作用下,仍保持静止状态,所以不会移动掉落。”
通过这个实验,我进一步了解惯性的作用,增长了科学知识。科学真是奇妙多多。
2014年10月22日
范文二:惯性作用
鸡蛋跳水
一、生活中的疑问
为什么自行车下坡的时候不要用前闸?
为什么汽车刹车后还会向前冲一截?
为什么火车轨道两边要用护栏围着?
为什么飞机降落后必须要刹车?
这些都是生活中的科学,但是太平常了,以至于我们忽视了其中的科学原理。
今天做的实验就跟上面的疑问有关,接着往下看。而且为了录制这个视频,我 打碎了两个鸡蛋!
二、实验材料
两张名片,不要太硬,平常的就行
半杯水,太多了会撒的到处是水,太少了鸡蛋会碎
一个鸡蛋,尽量用熟鸡蛋,万一失败了不至于鸡蛋碎了一桌
一个胶带和剪刀
三、实验步骤
先准备实验材料,名片,半杯水,鸡蛋,胶带和剪刀
将其中一张名片卷成小圆筒,然后用胶布把圆筒粘起来。
卷成小圆筒之后,鸡蛋就可以放上面啦!
接着把没有折叠的名片放在水杯上,小圆筒放在名片上,最上面放上一个鸡蛋
然后用手使劲拉下面的名片,你会看到神奇的一幕!
哇塞,鸡蛋没有动,直接落到水里啦!
四、科学原理
这个实验就是运用惯性的原理。什么叫惯性呢?就是物体会保持原来的状态。 比如说,你正在跑步,突然有人从后面抓住你让你停下来,但是你还是会往前 跑几步。
当下面的名片被抽走时,上面的纸筒和鸡蛋都会保持惯性。原来是不动的,还 会保持不动的状态。那为什么纸筒飞走了,鸡蛋却没有呢?
原来啊,惯性的大小会跟物体的重量有关,重量越大,保持原来状态的能力越 大。纸筒和鸡蛋相比,轻了很多,所以呢惯性也小了很多。并且纸筒还受到下 面名片的摩擦力(后面再解释)。所以纸筒会倒向旁边,但是鸡蛋比较重,还 会保持惯性,直接掉到水里。
范文三:惯性效应在混凝中的动力学作用
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惯性效应在混凝中的动力学作用
作者:吴利军
来源:《房地产导刊》2013年第01期
一、絮凝动力学的研究现状
絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决下面两上因素:(1)是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸咐桥的联结能力,这是由混凝剂的性质决定的;
(2)是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞,这是由设备的动力学条件所决定的。导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是什么,人们一直未搞清楚。水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学致因,并可以运用公式计算速度梯度。
另一方面我们可以举出一个完全与速度梯度理论相矛盾的絮凝工程实例。网格反应池在网格后面一定距离处水流近似处于均匀各向同性湍流状态,即在这个区域中不同的空间点上水流的时平均速度都是相同的,速度梯度为零。按照速度梯度理论,速度梯度越大,颗粒碰撞次数越多。而网格絮凝反应池速度梯度为零,其反应效率应最差。事实恰好相反,网格反应池的絮凝反应效果却优于所有传统反应设备。这一工程实例充分说明了速度梯度理论远未揭示絮凝的动力学本质。
在絮凝的研究中,还有一个湍流研究学派用湍流扩散的时平均议程去计算颗粒碰撞次数。最后得到的结论与速度梯度理论基本相同,即湍流中颗粒碰撞次数随湍流能耗增大而增大。由于这种研究方法用的是湍流扩散时平均方程,因此就不能揭示湍流微结构在絮凝中的动力学作用。在诸如象絮凝动力学的研究中,把研究领域仅仅划分为微观与宏观已不够了。因为絮凝中的颗粒碰撞是与湍流中的微结构的动力作用密切相关,而微结构尺度,所以微观的分子运动完全不受湍流微结构影响,只与热力学系数有关。而宏观流动计算中人们关注的是时平均速度,时平均压强、时平均浓度,无法去揭示湍流微结构在絮凝中的动力学作用。因此在絮凝动力学的研究中应从湍流微结构的尺度,即从亚微观尺度上进行研究。上述絮凝的湍流研究学派正是因为采用统计时平均的宏观流动计算方法,所以就无法揭示絮凝的动力学本质。
二、絮凝的动力致因
有人认为湍流中颗粒碰撞是由湍流脉动造成的。这种认识不很确切。实际上湍流并不存在脉动,所谓的脉动是由于所采用的研究方法造成的。人们用流体力学传统的研究方法欧拉法进行研究,即在固定的空间点观察水流运动参数随时间变化,这样不同时刻有不同大小的湍流涡旋的不同部位通过固定的空间点,因此在固定的空间点上测得的速度呈现强烈的脉动现象。如果我们跟随水流质点一起运动,去观察其运动情况,就会发现水体质点的速度变化是连续的,根本不存在脉动。实际上水是连续介质。水中的速度分布是连续的,没有任何跳跃。水中两个质点相距越近其速度差越小,当两个质点相距为无究小时,其速度差亦为无穷小,即无速度差。水中的颗粒尺度非常小,比重又与水相近,故此在水流中的跟随性很好。如果这些颗粒随
范文四:在惯性力作用下的力学问题剖析
【摘要】惯性力的应用是同学们在对非惯性系的解题过程中很容易被忽视的问题,本文旨在从对惯性力的认识和理解的基础上弹述了如何应用惯性力解决动力学问题。
【关键词】非惯性系 惯性力
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)36-0249-02
在力学问题的非惯性系中,引入惯性力概念,这对于解决一些实际问题非常有利。但是同学们在解决类似问题时,往往会缺乏对惯性力的理解和认识,缺乏对惯性系和非惯性系的正确理解,从而对实际问题的解决造成困难,本文就此问题进行分析。
一、 非惯性系和惯性力的理解
通常情况下,我们把相对于惯性系作变速运动或转动的参考系称之为非惯性参考系或简称非惯性系。在非惯性系中,牛顿运动定律不能成立。惯性力是为了对非惯性系仍然能够在方法上使用牛顿第二定律而在非惯性参考系中引入的一个假想的力,它与“真实力”有着质的区别。惯性力没有施力者,也谈不上反作用力,只有使物体产生加速度的效果,而不具备“力是物体间相互作用”这一特性。
惯性力无处不在,无时不有,小到普通的运动物体,大到天体。例如,坐在公共汽车中的乘客虽然没有人推他,但在汽车开动时,突然刹车或转弯都有会不自主地向后、向前或向一旁倾倒时(此时汽车是一非惯性系)。即在汽车相对于地面作加速运动时,乘客虽然无外力作用,但人相对于车却具有加速度,这一现象牛顿第二定律无法解释,但是引入惯性力后,问题就解决了。即车以加速度a车对地运动时,乘客相对于车具有一加速度的效果,即:
a人对车=a人对地-a车对地=-a车对地
(因为人未受外力,a人对地=0)
于是有:
f=ma人对车=-ma车对地
这就是我们引入的惯性力,此力是一虚拟力,无施力者,也无反作用力。
又如,绕日运动的行星是非惯性系,要描述行星上的运动物体也必须引入惯性力。
说明:在非惯性系(如上面提到的汽车)中,人并未受力,但人的运动状态发生了改变,这违背了“力是改变物体运动状态的原因”这一物理规律,也就是说,这一现象和牛顿第二定律相矛盾,但引入惯性力后,矛盾便得以解决。
二、 地球自转情况下的惯性力剖析
地球一方面绕太阳作椭圆轨道的公转,同时绕地轴自转。在处理力学问题时,在精度要求不高,?\动经历时间较短的情况下,解决动力学问题中把地球看作惯性参考系,是因为忽略了地球的上述转动所至。事实上地球并不是一个精确的惯性参考系,一但考虑地球转动,地球就根本不是惯性系,而是一个非惯性系。因此,地球上物体的运动状况不再服从牛顿运动规律,要使牛顿运动定律继续成立,必需引入一个虚拟的力――惯性力。这是学生在解决动力学问题时很容易被忽视和混淆的地方。下面就一具体实例进行分析:
设有一质量为m的小车相对于地球以速度v沿经线由南向北匀速运动,求地面作用于小车的力(假定地面是平直的)。
以地球为参考系,不考虑自转时,它是一个惯性系,小车受力情况如图一,即地球引力 ,方向自小车指向地心,
沿-R0方向,地面支承力N,大小等到于F,方向R0方向,地面作用于小车轮子的摩擦力f和机车牵引力f‘,因为是匀速直线运动,所以二力大小相等,方向相反。
考虑地球自转后,地球是一个以角速度ω 对一惯性参考系(如太阳)沿地轴作匀速园周运动的非惯性参考系。此时在惯性参考系(太阳系)中,只有地球的绕日公转和绕地轴自转的运动,而地球上的小车运动则可勿略。对非惯性参考系地球而言,小车沿经线运动恰过某一点(如A点)时参与了两种运动:一种是对地球的相对运动,其速度为υ,一种是随地球以ω的角速度转动。其受力分析如下:
1.地球引力F,方向自车指向地心,即沿-R0方向(如图一)。
2.地球对小车的支承力N,方向沿径向,即R0方向(如图一)。
3.地面对小车的摩擦力f,在地面内,大小、方向未知。
4.惯性离心力fL=mω2ρ,此力因小车随地球转动而引入的惯性力,无施力者,也无反作用力,ρ是自转轴垂直指向小车的矢径(如图二)。
5.科氏力fk=2mυ×ω,此力因小车在以ω的角速度转动的地球上沿经线运动而引入的惯性力,根据矢量的矢积定义,科氏力的方向与υ、ω垂直,且与υ、ω成右手螺旋关系(如图二)。
因此,考虑地球自转后,小车受力情况彻底发生了变化,在作受力分析时,必须把惯性力考虑进去,否则将无法准确求出地面对物体的作用力。
三、结束语
不管是否考虑地球自转,只要是以地球为参照系,也不管它是惯性参考系还是非惯性参考系,有一点是绝对一至的,那就是小车沿经线匀速运动,因此,都得建立平衡方程。只是对非惯性系来说,同学们在进行受力分析时必须还要将惯性力――科氏力和惯性离心力考虑进去,才能满足牛顿运动定律,从而建立平衡方程,这一点是很容易被忽视的,千万要注意。
参考文献:
[1]徐行.力学[M].内蒙古:人民出版社,1984年9月.
[2]顾建中.力学教程[M]. 北京: 人民教育出版社 ,1983 .
[3]刘克哲.物理学[M].高等教育出版社,2004年4月.
范文五:惯性效应在混凝中的动力学作用
(提要)本文首次从湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝的动力学问题进行了研究,提出了惯性效应是絮凝的动力学致因;提出了湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素,并建立了絮凝的动力相似准则。文章指出扩散过程应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过程,而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应,特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。一、絮凝动力学的研究现状絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决下面两上因素:(1)是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸咐桥的联结能力,这是由混凝剂的性质决定的;(2)是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞,这是由设备的动力学条件所决定的。导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是什么,人们一直未搞清楚。水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学致因,并用下面公式计算速度梯度:(略)式式p 为单位水体的能;μ为液体的动力粘滞系数。由于上面公式是在层流的条件下导出的,它是否适用于流态,一直是人们所关心的湍流的絮凝池。这个问题一直未有结论。实际上,上面公式是层流条件下的速度梯度。对于湍流来说由于湍动涡旋的作用,大大地增加湍流中的动量交换,大大地均化了湍流中的速度分布,所以湍流中的速度梯度远远小于上式计算的数值。既然如此,上面公式在给水处理的工程界中为什么可以用了半个世纪呢?因为上面公式中p (单位水体能耗)这一项与湍流中的微涡旋有着密切关系,从后面文章内容我们可以看到,正是这些湍流的微结构决定了水中微小颗粒的动力学特性和它们之间的碰撞。通过几十年的工程实践人们积累了上面公式大量的经验数据,用此来指导工程设计当然不会出现大的问题。但上述公式对改善现有的絮凝工艺并没有任何价值。因为提高絮凝效果就必须增加速度梯度,增加速度梯度就必须增加水体的能耗,也就是增加絮凝池的流速。但是絮凝过程是速度受限过程,随着矾花的长大,水流速度应不断减小。另一方面我们可以举出一个完全与速度梯度理论相矛盾的絮凝工程实例。网格反应池在网格后面一定距离处水流近似处于均匀各向同性湍流状态,即在这个区域中不同的空间点上水流的时平均速度都是相同的,速度梯度为零。按照速度梯度理论,速度梯度越大,颗粒碰撞次数越多。而网格絮凝反应池速度梯度为零,其反应效率应最差。事实恰好相反,网格反应池的絮凝反应效果却优于所有传统反应设备。这一工程实例充分说明了速度梯度理论远未揭示絮凝的动力学本质。在絮凝的研究中,还有一个湍流研究学派用湍流扩散的时平均议程去计算颗粒碰撞次数。最后得到的结论与速度梯度理论基本相同,即湍流中颗粒碰撞次数随湍流能耗增大而增大。由于这种研究方法用的是湍流扩散时平均方程,因此就不能揭示湍流微结构在絮凝中的动力学作用。在诸如象絮凝动力学的研究中,把研究领域仅仅划分为微观与宏观已不够了。因为絮凝中的颗粒碰撞是与湍流中的微结构的动力作用密切相关,而微结构尺度,所以微观的分子运动完全不受湍流微结构影响,只与热力学系数有关。而宏观流动计算中人们关注的是时平均速度,时平均压强、时平均浓度,无法去揭示湍流微结构在絮凝中的动力学作用。因此在絮凝动力学的研究中应从湍流微结构的尺度,即从亚微观尺度上进行研究。上述絮凝的湍流研究学派正是因为采用统计时平均的宏观流动计算方法,所以就无法揭示絮凝的动力学本质。二、絮凝的动力致因有人认为湍流中颗粒碰撞是由湍流脉动造成的。这种认识不很确切。实际上湍流并不存在脉动,所谓的脉动是由于所采用的研究方法造成的。人们用流体力学传统的研究方法欧拉法进行研究,即在固定的空间点观察水流运动参数随时间变化,这样不同时刻有不同大小的湍流涡旋的不同部位通过固定的空间点,因此在固定的空间点上测得的速度呈现强烈的脉动现象。如果我们跟随水流质点一起运动,去观察其运动情况,就会发现水体质点的速度变化是连续的,根本不存在脉动。实际上水是连续介质。水中的速度分布是连续的,没有任何跳跃。水中两个质点相距越近其速度差越小,当两个质点相距为无究小时,其速度差亦为无穷小,即无速度差。水中的颗粒尺度非常小,比重又与水相近,故此在水流中的跟随性很好。如果这些颗粒随水流同步运动,由于没有速度差就不会发生碰撞。由此可见要想使水流中颗粒相互碰撞,就必须使其与水流产生相对运动,这样水流就会对颗
粒运动产生水力阻力,设颗粒的形状为球形,其半径为r0, 颗粒与水流相对速度为v, 水的密度为p ,球形颗粒所受水力阻力fd 可按下式计算(略)式中po 为球形颗粒密度。如果略去因颗粒尺寸不同而造成的密度变化,由上式可见单位质量球形颗粒所受水力阻力随尺度增大而减少;即颗粒越大单位质量所受水力阻力越小。上面讲座虽然是针对球形的,但对非球形颗粒同样适用。由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同,所以不同尺度之间就产生了速度差。这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。如何让水中颗粒与水流产生相对运动呢?最好的办法是改变水流的速度。因为水惯性(密度)与颗粒的惯性(密度)不同,当水流速度变化时它们的速度变化(加速度)也不同,这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动,为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件。改变速度方法有两种:(1)是改变水流时平均速度大小,水力脉冲澄清池,波形反应池、孔室反应池以及滤池的微絮凝作用,主要就是利用水流时平均速度变化造成的惯性效应来进行絮凝;(2)是改变水流方向,因为湍流中充满着大大小小的涡旋,因此水流质点在运动时不断地在改变自己的运动方向。当水流作涡旋运动时在离心惯性力作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动,为不同尺度颗粒沿流涡旋的径向碰撞提供了条件。不同尺度颗粒在湍流涡旋中单位质量所受离心惯性力是不同的。这个作用将增加不同尺度颗粒在湍流涡旋径向碰撞的几率。下面来讨论这个问题。在湍流涡旋中取一个小的脱离体,显然沿径向方向作用在该脱离体上有两个力:一是离心力;二是压力的合力。两者相平衡。如果把坐标原点取在运动的涡旋的中心上,则可写成如下方程:(略)由上面的理论论述可以看出,如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例,就可以大幅度地增加颗粒碰 数,有效地改善絮凝效果。这可以在絮凝池的流动通道上增设多层小孔眼格网的办法来实现。由于过网水流的惯性作用,使过网水流的大涡旋变成小涡旋,小涡旋变成更小的涡旋。不设网格的絮凝池湍流的最大涡旋尺度与絮凝池通道尺度同一数量级。当增设格网之后,最大涡旋尺度与网眼尺度同一数量级。增设小孔眼格网之后有如下作用:(1)水流通过格网的区段是速度激烈变化的区段,也是惯性效应最强,颗粒碰撞几率最高的区段;(2)小孔眼格网之后湍流的涡旋尺度大幅度减少。微涡旋比例增强,涡旋的离心惯性效应增加,有效地增加了颗粒碰撞次数;(3)由于过网水流的惯性作用,矾花产生强烈的变形,使矾花中处于吸附能级低的部分,由于其变形揉动作用达到高吸能级的部位,这样就使得通过网格之后矾花变得更密实。
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