第九十七章 牛頓內(nèi)摩擦定律（流體力學(xué)）

　　牛頓對(duì)流體下手了，為什么有的東西流動(dòng)的快，比如水和空氣，有的東西流動(dòng)慢，油甚至泥沙。

　　這里肯定有一種不同，就是組成這個(gè)流體的分子不一樣，才產(chǎn)生了這樣的粘稠程度。

　　牛頓畫出各種各樣的元素的形狀，球形、棒子形、方塊形等等很多形狀，來去分析各種各樣形狀組成形狀在許多堆積的時(shí)候，流動(dòng)的狀態(tài)。

　　到底球形的東西，會(huì)不會(huì)讓東西的流動(dòng)變慢？

　　按理說球形應(yīng)該光滑度更高一些，應(yīng)該是流動(dòng)最快的了，比如光子。

　　水與光的區(qū)別在與水傳播的速度有些慢，這是因?yàn)樗幸欢ǖ恼吵矶?，但光卻沒有粘稠度，也就是光的粘稠度為0。

　　只是還會(huì)不會(huì)有比球形還要快的形狀？

　　水流動(dòng)很快，但是不是球形分子?？諝饬鲃?dòng)更快了，也不是球形，主要是氫氣和氧氣的棒子形狀。

　　牛頓覺得用本質(zhì)解釋宏觀無題，需要放大分子的細(xì)節(jié)。

　　在個(gè)別形狀，或者是分子的時(shí)候，他們之間的運(yùn)動(dòng)只是一些簡(jiǎn)單的碰撞，有點(diǎn)邊邊角角也不會(huì)有太大影響。

　　如果是巨大量的宏觀狀態(tài)，分子的邊邊角角的東西就會(huì)在宏觀中體現(xiàn)。

　　牛頓不想在以這種形式思考下去了，他想來個(gè)直接的。

　　他只需要從宏觀角度去直接研究粘稠度。

　　1686年英國(guó)科學(xué)家牛頓給出了表征內(nèi)摩擦力的黏性定律。

　　其中：

　　1、內(nèi)摩擦力正比于流層移動(dòng)的相對(duì)速度；

　　2、內(nèi)摩擦力正比于流層間的接觸面積；

　　3、內(nèi)摩擦力隨流體的物理性質(zhì)而改變；

　　4、內(nèi)摩擦力與正壓力無關(guān)。

　　一切真實(shí)流體中，由于分子的擴(kuò)散或分子間相互吸引的影響，使不同流速的流體之間有動(dòng)量交換發(fā)生，因此，在流體內(nèi)部?jī)闪鲗拥慕佑|面上產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。這種力與作用面平行，故又稱流動(dòng)切應(yīng)力，或粘性力。

　　粘性力的方向，對(duì)流速大的流體層而言，它與流速方問相反，是阻礙流動(dòng)的力；相應(yīng)地，對(duì)流速小的流體層而言則是促使其加速的力。粘性力的大小可由牛頓內(nèi)摩擦定律確定。

　　1845年，英國(guó)數(shù)學(xué)家斯托克斯提出了3個(gè)假設(shè)，將牛頓內(nèi)摩擦定律推廣到黏性流體的任意流動(dòng)狀態(tài)中。

　　1、流體是連續(xù)的，它的應(yīng)力張量是應(yīng)變率張量的線性函數(shù)，與流體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)。

　　2、流體是各向同性的，流體中的應(yīng)力與應(yīng)變率的線性關(guān)系與坐標(biāo)系的選擇和位置無關(guān)

　　3、當(dāng)流體靜止時(shí)，應(yīng)變率為零，流體中的應(yīng)力只有正應(yīng)力，切應(yīng)力為零。

　　實(shí)驗(yàn)證明上述假設(shè)對(duì)大多數(shù)常見流體是正確的。根據(jù)斯托克斯假設(shè)，可將應(yīng)力張量與應(yīng)變率張量的線性關(guān)系表示為：

　　在直角坐標(biāo)系下，廣義牛頓內(nèi)摩擦定律的分量形式可寫為：

　　如果流體的應(yīng)力與應(yīng)變率之間不能用廣義牛頓內(nèi)摩擦定律來描述，則這種流體就稱為非牛頓流體。例如，油漆、泥漿、血液等均屬于非牛頓流體。

　　在此牛頓需要思考，是不是通過分子的形狀，而直接思考出粘稠度的大小。