只有懂流体静力学才配吃这块月饼

时间: 2024-02-29 09:09:42 |   作者: ky体育app官方网址最新版

  事实上,中秋节赏月吃月饼的传统,在明代的《西湖游览志会》中有描述:“八月十五日谓之中秋,民间以月饼相遗,取团圆之义”。

  为什么月亮不能每天都是圆的,让我们每天都团团圆圆呢?(小声:还可以每天放中秋节)

  由于月球绕着地球公转,地球绕着太阳公转,所以三者的相对位置一直在变化。月球被太阳照亮的那一面有时朝向地球,有时背向地球,结合下面的示意图,就很容易理解:

  例如,在A点,月球位于地球和太阳之间,月球被太阳照亮的那一面正好完全背对着地球,月球反射的太阳光无法传播到地球上,所以我们就完全看不到月亮,这就是“朔”,也就是农历初一。

  相对的,在E点,太阳和月球分别在地球的两边,但三者一般不在同一个平面,所以地球并不会遮挡住太阳光,月球反射的太阳光被我们完全接收到,于是,就看到了一轮悬在夜空中的明月。

  在我们的农历中,每一天的月相,都有属于自身个人的名称,“新月”、“峨眉月”、“上弦月”、“满月”....

  曾经照着古人的月光,如今洒在自己的肩头,这难道不是一种超越了相对论的浪漫吗?

  如果月球是立方体,那我们正真看到的满月就是方形,那现在市面上的月饼,不就都是方的了?

  事实上,太阳系中没有一点一个天体是理想球体,赤道附近都有不同程度的隆起,就像是篮球上坐着个人那样。

  尽管如此,对于月球、地球、太阳这些大质量天体而言,至少都是类球体,而不是奇形怪状的多面体,这是流体静力平衡的结果。

  在流体力学中,当流体静止,或者每一点的流速不随时间改变时,流体被认为处于静力平衡状态,此时该流体所受的合力为零。

  假设你将一个长方体的鱼缸装满某种液体,在高度z处取一个微元长方体分析,长宽高分别是dx,dy,dz:

  对于这个流体微元,它一共受到三种力:上方液体对它产生的向下的压力Ft,下方液体对它产生的向上的推力Fb,以及向下的重力Fg。

  假设这个微元长方体的上下表面所受的压强分别是Pt和Pb,液体密度为ρ,重力加速度为g,规定向下为正方向,则能够获得下面的方程:

  假设这个微元的上下压强差很小,密度ρ与压强P相关,重力加速度g与高度z相关,则:

  考虑更简单的情况:密度和重力加速度都是常数,积分后就能够获得下面这个式子:

  如下图所示,假设自由液面的压强是P0,高度是z0 ,液面下方A处压强是P,高度是z,根据上述公式能得到:

  根据最终得到的公式,能够准确的看出:在重力作用下的静止液体,静压强随着深度的增大而增大。任意一点的静压强P都是由两部分所组成的,即自由液面压P0+该点到自由液面的单位面积的液柱重量ρgh。

  对于同一种静止液体而言,P0是常数,也就得到另一个推论:同一深度的各点静压强相等。

  如果你收缩掌心,揉一团橡皮泥,尽量保证施加的压力在各个方向上大小相等,最终橡皮泥会是什么形状?

  直白来讲,天体在形成时,要么是气态的,要么是熔融的,质量在持续不断的增加,产生的引力也随之增加,当整个天体超过一定的质量后,引力就会变得很强大,其中的原子就通过这样强大的引力场相互吸引,最终不断地向内压缩成最紧凑的形状:球体。

  如今我们所观察到的大质量天体,受到由内而外的热辐射压力和由外向内的引力作用,大小相等,方向相反,达到了一种流体静力平衡态,各点的压强分布可以用上面类似的方法推出来。

  如果我们去观看宇航员在太空站喝水的视频,不难发现,在微重力的太空中,液态水都会自发形成一个个小水球,这背后的原理,也是流体静力平衡。

  事实上,国际天文学联合会对行星和矮行星的一个定义特征就是:它们是有充足的重力来克服自身刚性并保持流体静力平衡的物体。

  如果是小行星带里的天体,因为质量太小,产生的引力不足以克服刚性力把天体压缩成球体,所以基本都是不规则形状--如果让你用掌心,把一个铁块揉成一个铁球,你一定也感到力不从心。

  天体还在不停地自转,旋转得越快,它的赤道凸起就越厉害,最终形成一个扁圆球体。

  例如,木星是太阳系八大行星中自转速度最快的,用小型望远镜就可以直接看出它明显隆起的赤道。

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