“請柯福美同學彆開玩笑啦!給大家通俗地講解一下吧!”
“方老師總不至於把這些高深的東西都給你們普及了吧?”
柯福美笑起來,“老師您今天有點不對勁啊,空氣中似乎飄滿了嫉妒的氣息呢!”
項國威臉變得很黑,“好啦,你說它簡單,那就試著說一說。”
“要知道二階張量多複雜……”
柯福美直接進入正題,“我可以從壓力這一物理屬性說起。”
“我們都了解壓力p隻是一個數值量度即0階張量的概念;在三維世界任取一點,都會對應一個確切的壓力大小。”
“如果求取此數量的變化場,將會產生向量——也就是1階張量。”
“這樣一來,每個特定位置都會有與其對應的向量數值了。”
“但在現實情況中更重要也更實用之處在於,針對任一選定的方向單位向量,能夠計算沿該方向壓強變化的程度,即是兩者點乘結果值。”
“回到底部原理上來。”
“之所以需要使用2維陣列來表示應力或變形,就是因為在一個質點受到不同作用下時,對於其周圍每一個特定方向上的力都需要確定它們的具體性質及大小。”
“可能會讓人覺得奇怪為什麼力也有朝向之分。
實際上,當我們分析特定角度上存在的受力條件時不僅涉及垂直方向力正壓力)同時還包括水平剪切成分。”
“什麼數學物體可以同時保持矢量特性並進行相乘操作依舊輸出矢量?答案正是二階張量。”
項國威徹底無語了。
柯福美繼續平靜地說,“其實定義本身挺複雜的,幸虧有方老師的講解我才弄明白了。”
“所以這個看似簡單的主題咱們就不再贅述過多,回到非牛頓流體上來。”
項國威再次發出了一連串感歎號“&……”。
柯福美穩重又清晰的表達使他無可反駁,不得不說,確實很棒。
“假設我們在某種非牛頓材料裡麵選擇與y軸相交的一個平麵或者直接拿一麵牆壁為例,在這樣的界麵上總是存在著某個橫向的作用力f。”
黑板上:
f=txya
“a是表麵的大小。”
“μ代表黏性,對於牛頓流體來說,它是一個固定的數值。”
“隨後的那個偏導數,表示x方向的速度對y方向的變化,這就像是在說流體有了側向的速度差異。”
“大家可以想象一下,當你用手輕輕劃過水麵,感受到的那種反作用力,和這個差不多。”
“你的手移動了水的一部分,但是其它部分由於底部的拖拽沒法動起來,這種速度上的差距就產生了。”
“在這裡我得說一句,這跟固體裡的切向力不同。
在固體力學中,切向應力由變形產生,而在牛頓流體裡是由切變速率引起。”
項國威已經完全掩飾不住驚訝的表情。
他張著嘴盯著柯福美,心裡想著:天呐!方老師連這個都教過?還解釋得這麼詳細?
柯福美不理會項國威的感受,繼續說:“非牛頓流體不符合牛頓粘性定律。
比如粘度不是固定的,或者根本不能用線性關係去描述。”
“一種情況就是粘度會根據流動速率的變化而變化。
例如番茄醬,快速攪拌的話它就會變得稀薄。”
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