第二章
抽水機
又稱“水泵”,是利用大氣壓的作用將水從低處提升到高處的水力機械。其由水泵、動力機械和傳動裝置組成。其廣泛用於農用灌溉、排水以及工礦企業與城鎮的流水、排水。
抽水機有多種類型。活塞式抽水機是利用活塞減小抽水管中的氣壓而將水提升,其最大提水高度受重力加速度的限製,為8米左右。離心式水泵是利用水的離心運動的機械,水被旋轉後被甩出同時減少下部的壓強,效率較高,提水高度與離心機旋轉速度有關。
虹吸現象
由於大氣壓的作用,液體從液麵較高的容器通過彎曲管道越過高處而流入液麵較低容器的現象。產生虹吸現象的條件是彎曲管內不能有大氣,同時在彎曲管內液體最高點與較高液麵的液體高度差產生的液體壓強不能超過大氣壓。如果是水,則這一高度不能超過98米。
浮力
在均勻重力場內(如地球上),流體中的物體受流體各方麵而來的壓力,其合力正好是一向上的垂直力,稱為浮力。浮力的大小及作用點與被物體所排開的流體重量及重心相一致。浮力的作用點稱為浮心。一處於水中的木塊的浮力是其浸在水中的體積乘以水的密度。即使一物體沉入水中,隻要其下表麵與水完全接觸,則同樣受到水對它的浮力的作用。
阿基米德定律
是由阿基米德在公元前2000年前發現的。阿基米德指出,浸在液體(或氣體)裏的物體受到向上的浮力,浮力的大小等於物體排開液體(或氣體)的重量。
潛水艇
是軍事上的一種重要的艦艇。其可以在水麵和水下航行,在水中可以自由地浮沉在某一深度,是根據阿基米德原理(見阿基米德定律條)製造的。它潛水和上浮時靠吸水和排水來改變自身的重量實現。當重量大於浮力時,潛水艇下沉;當重量小於浮力時,潛水艇上浮。當重量等於浮力時則可停留於水中任一深度。
杠杆
杠杆是能繞定點轉動的堅固長棒,是最簡單的機械。定點為杠杆的支點,在一端施力的地方為動力點,施力點到支點稱為杠杆的動力臂,另一端稱為阻力臂。在使用杠杆時,為了省力應該用動力臂比阻力臂長的杠杆。要節省距離,則應用動力臂比阻力臂短的杠杆。
功
是描述物體狀態改變的物理量,是能量變化的量度。當物體在恒力的作用下將物體由A點移動到B點,若力的方向與位移的方向一致,則功為力與位移的乘積。若力的方向與路徑的方向不一致,則力對物體所做的功等於力的大小、力的作用點的位移大小與力和位移間夾角的餘弦三者的乘積。功分為正功和負功,其主要是指外力對物體做功還是物體克服外力做功。功是隻有大小而無方向的物理量。
功率
是功跟完成這些功所用時間的比值。功率分為平均功率和瞬時功率,如果時間取得較長,則為平均功率,如果時間很短趨於零,這一比值的極限值稱為瞬時功率。功率的常用單位是瓦特,即焦耳/秒。
能量
是描述物質係統運動狀態的一個物理量。是物質運動的一種量度。由於運動形式的多樣性,能量也有不同的形式,自然界中主要的能量形式有機械能、熱能、光能、電磁能、原子能等。能量之間是可以互相轉化的。在轉化過程中,服從能量守恒定律,即一種形式的能增加了多少,必有另一種形式的能減少多少以保持總能量不變。在相對論中,能量和質量是相當的,質量為m的物體的總能量為mc2,c為光速,而m與物體的運動速率有關。
動能
屬於機械能,是物體因運動而具有的能量。質量為m的質點以速率V運動,當V遠小於光速時,其動能為12mV2。動能又分為轉動能和平動能,與物體的運動形式有關。在相對論中,當V接近於C時(C為光速),動能定義為(m-mo)C2,其中mo為物體靜止質量,m是與運動速率有關的被觀測到的質量:
m=mo1-(V2/C2)
勢能
是機械能。也稱“位能”,由相互作用的物體之間的相對位置,或由物體內部各部分之間的相對位置所確定的能。按作用性質的不同,可以分為引力勢能、彈性勢能、電勢能和核勢能等。勢能的大小由體係內各物體之間保守力所做的功來量度(保守力為不耗散掉的力,如重力等)。勢能是一個相對量,選擇不同的勢能零點,勢能的數值一般是不同的。
動量
是描述物質運動狀態的物理量。一質點的動量為其質量m和速度V的乘積;質點組的動量則為其中各質點的動量的矢量和。動量是一個矢量,其方向與質點的速度一致。動量隨時間的改變率等於外力的矢量和。如果一個係統內隻有內力相互作用,則其動量不隨時間而改變,即動量守恒。
碰撞
相對運動著的物體靠近時在極短時間內運動狀態發生顯著變化的過程稱為“碰撞”。碰撞的特點是衝力很大和時間很短。在物理中考慮碰撞時,統統將外力的影響忽略不計。碰撞的過程一般伴隨著兩種力學過程:機械運動的傳遞以及機械運動和其他運動形式的轉化。根據碰撞前後兩物體動能和是否變化將碰撞分為彈性碰撞、非彈性碰撞和完全非彈性碰撞,在彈性碰撞中總動能守恒。
內力和外力
是在研究物體運動時人為劃分的力,其本質是各種具體的力。在研究對象內部各部分之間的相互作用力稱為內力;而研究對象受到研究對象以外的物體的作用的力稱為外力。內力不改變整個係統的運動狀態,而外力會改變研究對象的整體運動狀態。係統的選擇性統統是依解決問題的方便而定,所以在同一個問題中,內力和外力不是絕對的。例如,馬拉車在路麵上行駛,如果將馬和車看作一個係統,那麼馬和車之間的相互作用力就是內力,而地麵給馬和車的摩擦力是外力。如果將車看作一個係統,此時馬對車的拉力就是外力。
振動
是周而複始的運動,其狀態連續進行到開始重複時的整個過程,稱為完成一次振動,例如,單擺(見單擺和複擺條)的一次振動是由開始到以相同速度(包括方向和大小)回到原位的全部運動過程。完成一次振動所需要的時間稱為周期,每秒完成的振動數稱為頻率。振動是非常普遍的物理現象,大至單擺、彈簧、電路中的電流,小到原子、分子的運動,都是振動的例子。