飛機為什么能飛?船為什么不會沉沒?這些看似平常的現(xiàn)象你有沒有認真思考過呢?其實這些都跟流體力學知識緊密相關(guān)。不過一提到“流體力學”這個詞,你肯定又開始頭大了。其實不用擔心,我們的小主人公——繪希也和你一樣,對物理、對流體力學一竅不通?晌覀冞有物理研究部這個溫暖的小團體呢,跟著它我們一起去野營、去潛水、去吃烏冬面吧……在吃喝玩樂的過程中我們愉快地學習各種力、各種定理,順便去看看浴池里的洗澡水與阿拉伯海的石油有什么關(guān)系、看看平常吃飯用的勺子會發(fā)生什么離奇的現(xiàn)象……
怎么樣?迫不及待了吧,那就趕緊拿起這本書,一起走進神秘的流體力學世界吧。
《漫畫流體力學》適合大中專理科相關(guān)專業(yè)學生閱讀,也適合對流體力學感興趣的廣大讀者閱讀。
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武居昌宏,1995年畢業(yè)于早稻田大學大學院理工學研究科博士課程,博士(工學),F(xiàn)任日本大學理工學部機械工學科教授。著有《從基礎(chǔ)開始學習流體力學》(合著,0HM社)、《熱流體工學的基礎(chǔ)》(合著,朝倉書店)。
目錄
序言 預(yù)知未來的夢!神秘少女和流體力學 1
第1章 流體的性質(zhì)與靜力學 11
1. 固體與流體 12
請用冰茶 12
2. 力與壓強 17
用壓力鍋煮飯 17
一起來掌握力的平衡方程式吧 23
3. 密度與比重 25
叉燒肉湯面味道濃郁的秘密 25
4. 帕斯卡原理 28
我是超人 28
5. 壓強與高度的關(guān)系、測量壓強 31
帶我去斯庫巴潛水 31
Δp中Δ的意思 35
速度與加速度 36
流體壓強計 37
6. 作用于平面墻壁的壓力 39
暢游水族館 39
7. 浮力 42
為什么船只不會沉沒呢? 42
第2章 流動的基礎(chǔ)方程式 49
1. 流體力學中使用的各種專業(yè)術(shù)語 50
沒有變化(定常流與非定常流) 52
速度和方向都一樣(均勻流與非均勻流) 53
流體粒子閃亮登場(流速與流量) 55
追蹤?伏擊?(拉格朗日法與歐拉法) 56
這樣的線、那樣的線(流線、跡線與流管) 58
玩水明白的知識(作用于流體的力) 60
讓撲克牌發(fā)生錯動變形來看看(剪切力) 63
2. 連續(xù)性方程 66
沒有神秘失蹤這回事(質(zhì)量守恒定律) 66
關(guān)于連續(xù)性方程 70
3. 伯努利定理 71
一起去坐過山車吧(物體的能量守恒定律) 71
沿著流線去旅行吧(流體的能量守恒定律——伯努利定理) 72
關(guān)于能量單位 75
踩踏軟水管(流速與壓強的關(guān)系) 76
4. 動量守恒定律 80
來玩撞球吧(動量守恒定律) 80
借用撞球來理解動量守恒定律 81
從外部添加的力(沖量) 83
在秘密房間里 (流體的動量守恒定律) 86
第3章 層流與湍流 95
1. 有黏性的流動 96
黏黏糊糊的?清清爽爽的?(黏性) 98
阻礙流動的討厭家伙(黏性力) 99
使其加速、使其減速(黏性力的結(jié)構(gòu)) 100
那是空想?(理想流體與黏性流體) 104
什么是速度梯度?(牛頓黏性定律) 106
黏糊到什么程度?(黏度與運動黏度) 110
表示流動特征的定律(雷諾數(shù)) 111
2. 層流與湍流 113
注視煙霧(層流與湍流) 113
觀察墨水的流動(雷諾數(shù)實驗) 115
變得不規(guī)則了(湍流的特征) 116
3. 管道內(nèi)的層流 117
吸管中的流動(平均流速與流速分布) 117
認真觀察方程式(呈拋物線分布的流動) 120
不可思議的摩訶力的真面目是什么?(壓強差) 122
我想多喝點(黏度與流量的關(guān)系) 126
能順利喝到奶昔嗎?(管流伯努利方程式) 128
軟管的壓強損失 134
浴池里的剩洗澡水,阿拉伯海的石油 138
第4章 阻力與升力 139
1. 作用于物體的阻力與升力 140
鳥兒和飛機為什么能夠在空中飛行?(升力) 143
帆船為什么能夠迎風前進?(利用升力) 146
機翼和風帆有什么共同點呢?(流線曲率定理) 149
匙子的奇怪現(xiàn)象(升力實驗) 153
游泳游累了(阻力) 155
令人煩惱的困境(阻力系數(shù)與升力系數(shù)) 157
失速了(迎角、分離) 161
2. 作用于旋轉(zhuǎn)物體的力 163
弧線球為什么會彎曲?(馬格努斯效應(yīng)) 163
那個時候,棒球拐彎了 167
3. 流動分離 172
為什么不是滑溜溜,而是坑坑洼洼?(空氣阻力的減小) 172
微小世界里面的恐怖事件(分離) 174
參考文獻 193
無論是機械工程專業(yè)、土木工程專業(yè)、建筑專業(yè)還是化學專業(yè),等等,大學里眾多的工科當中,物理學中的力學都是必修科目。其中流體力學(有時稱之為流動的力學和水力學)因為公式繁多,且研究的又是不易觀察的氣體和液體的運動方式,總是給人一種高深莫測的感覺,因此很多人都敬而遠之。
我在大學里教授流體力學課程已有八年之久,有的學生根本不理解這一學科的內(nèi)容,而我每年都能遇到不少這樣的學生,他們因為錯過了理解流體力學的“契機”而徹底放棄學習這門課程。不僅如此,這種厭學、棄學的氛圍每年都在不斷擴散。面對這種讓人痛心的局面,我便自忖,如果有本教材或讀物能夠為大家提供理解流體力學的“契機”,豈不是可以避免這種負面影響的蔓延?
出于以上考慮,我編寫了這本書,為的是讓那些錯過了理解流體力學“契機”的人和初次聽到這一名詞的人,能夠全面理解流體力學的本質(zhì)。曾經(jīng)有很多人反對通過漫畫這種方式來學習,然而,漫畫現(xiàn)在已經(jīng)成為一種輕松掌握各學科知識的流行趨勢,其作為宣傳媒介的地位已經(jīng)逐步確立。通過漫畫,提供理解流體力學的“契機”,從而能夠幫助學生學習,這就實現(xiàn)了本書的寫作目的。如果廣大讀者能夠輕松地閱讀本書,并收到學習流體力學的效果的話,我將倍感欣慰和榮幸。
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