流体静力学：绝对与相对平衡状态解析

"流体的平衡状态有二种-《流体力学》中南 周立强" 在《流体力学》中，周立强教授阐述了流体的两种平衡状态，这对于理解流体动力学的基本概念至关重要。这两种状态分别是： 1. 绝对平衡状态：流体相对于地球静止。在这种状态下，流体没有任何宏观的运动，其内部各点的速度分量均为零。在这种情况下，流体受到的所有力，如重力、压力和表面张力等，都在三维空间中达到平衡，使得流体保持静止。 2. 相对平衡状态：流体相对于容器静止，但容器本身可能相对于地球有运动。尽管流体与容器之间没有相对运动，但由于容器的运动，流体在宏观上可能表现出速度，但这仅是相对于地球而言的。在这种状态下，流体内部的动量守恒，而表面力和内摩擦力也会达到平衡。 Isaac Newton 提出的流体粘度模型指出，在流体静止时，由于层与层之间没有相对运动，流体不显示粘性，即剪切应力为零。这意味着在平衡流体中，不存在因流体层间的滑动而产生的阻力。因此，此时作用在流体上的表面力只有垂直于接触面的法向力，如压力，而没有切向的剪切力。 流体力学是研究流体（包括液体和气体）运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。它涉及固体、液体和气体的宏观性质，其中固体具有固定形状和体积，液体有固定体积但无固定形状，而气体则既无固定体积也无固定形状。 流体力学的发展历程可以分为四个阶段： - 第一阶段（16世纪以前）：流体力学的萌芽，如大禹治水、古代水利工程的建设等。 - 第二阶段（16世纪到18世纪中叶）：流体力学逐渐成为独立学科，如阿基米德的《论浮体》奠定了流体静力学基础。 - 第三阶段（18世纪中叶至19世纪末）：流体力学的两大方向——欧拉和伯努利的工作，发展了连续介质理论和流体动力学方程。 - 第四阶段（19世纪末至今）：流体力学经历了快速发展，涵盖了从牛顿流体到非牛顿流体，从理想流体到真实流体的各种理论，以及计算流体动力学等现代技术的应用。 流体力学的研究内容广泛，包括流体静力学、流体动力学、流体的粘性和湍流、流体与固体的相互作用、流体的传热和传质等。学习流体力学不仅有助于理解和预测自然界中的各种现象，如风、雨、海浪，还对工程技术领域如航空航天、船舶设计、水利工程、环境保护等有深远影响。