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水一个数学物理应用题

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高中以上可做。


IP属地:四川来自Android客户端1楼2022-06-17 14:32回复
    要用到伯努利方程吧


    IP属地:四川来自Android客户端2楼2022-06-17 15:17
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      你这题怎么看都要用积分
      而且圆孔的线度不够小,必须考虑液面下降的速度,会更麻烦


      IP属地:陕西来自Android客户端3楼2022-06-17 15:33
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        已经蒙了,


        IP属地:四川来自Android客户端4楼2022-06-17 15:34
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          你显然把这个问题想简单了,即便不考虑粘性,也就是所谓的理想流体(ideal flow),由于整个液体是有自由界面的,尤其是出水口的流体情况可能很复杂(即使没有粘性),所以解析解也大概率求不出来。
          另外这方面其实有人研究过的,理想流的自由界面问题,在地球物理里有很多应用,可以google一下Luke's variational principle(本质是伯努利方程,但考虑了自由界面),见下图


          5楼2022-06-17 16:19
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            我猜出这个题的人,大概率完全忽略水作为流体的性质,把水当类似刚体的存在,然后用牛二可以列一个微分方程出来。


            6楼2022-06-17 16:22
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              另外还有一点,在有固体边界的情况下,比如你这个水装盆里,如果假设没有粘性,解甚至有可能会出现奇性,因为在有固体边界的地方,你的边界条件要怎么提?有粘性的时候一般是速度=0(也就是无滑动no slip),但现在是理想流,这个边界条件显然不成立。
              一般而言,理想流只适用于无边界的流动,这样可以在无穷远点很安全的放一个位势=0的边界条件


              7楼2022-06-17 16:38
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                我不太理解,这里要怎么求水的流速,感觉连大物里面都没有类似的东西,数学物理方法我没学过不清楚。
                看楼上说的用伯努利方程的话,查了一下最后确实能化出一个速度-液面高度v(h)的函数,剩下的就是列微分方程了。但是伯努利方程好像还带个c,那个c要咋办?照抄?
                又是伯努利方程又是微分方程的,这真的是高中能解的吗?


                IP属地:广东来自Android客户端8楼2022-06-18 01:47
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                  IP属地:北京来自Android客户端10楼2022-06-18 12:47
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                    没有思路,解不来


                    IP属地:四川来自Android客户端12楼2022-06-18 16:39
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                      兄弟,即使水流速恒定,总液体体积也要用曲面方程去求,你们高中就学曲面方程的吗?另外即使不算水粘度,这个模型也会出现紊流的,上液面有漩涡,下液面不是固定的0.5cm半径圆,怎么求?


                      IP属地:湖南来自iPhone客户端13楼2022-06-19 00:24
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                        CY


                        IP属地:陕西14楼2022-06-19 09:51
                        收起回复
                          思路:求时间首先应想到是速度与位移的关系,这里当然就是液面下降的速度与液面高度。此题关键在于构建液面下降的速度与出水口的速度的关系。
                          其实:因为此题大气压力不影响系统,且水是不可压缩的流体。高中完全可以证明在这种简单条件下的伯努利定律。
                          这里主要应考虑系统能量守恒,用微元法。即考虑液面是一层水膜,它的重力势能和动能在微时间内的减少=下方出水获得的动能。
                          又可以利用微时间内的液面位移的体积=出水体积,建立第二个等式,可以消去出水口的水速,得到一个液面下降速度v关于液面高度h的等式,即液面下降速度v=dh/dt,得到微分方程,解出t=f(h), 令h=0.16,即可得到时间。


                          IP属地:四川16楼2022-06-20 16:27
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