人体运动中的流体力学

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1、第五章人体运动中的流体力学人体从事的各项体育运动，都是在一定的流体中进行的。在运动中，流体将给予人体或运动器械一定的作用和影响。而且这种作用和影响对很多项目来说是不能忽视的，尤其是对游泳、划船、跳伞等运动更具有特殊意义。流体是液体和气体的总称。流体各部分之间容易发生相对运动，没有固定的形状。液体和气体有很多共性，许多现象的发生都依着相同的规律。因此，研究流体的性质和运动规律时，一般以液体为代表来进行探讨。一、流体力学的基本知识1、流体的压强在研究流体的受力状态时，一般用压强这一物理量。压强是单位面积上所受的压力。P=F/S从实验中得出如下结论：（1）液体内部任何方向都有压强，在同一深度，

2、各个方向的压强都相等。（2）液体内部某一深度的压强等于物体的密度、重力加速度和深度三者的乘积。即随着深度的增加压强增大。在和外界接触条件下：P=ρgh+p02、流体的浮力浸在流体中的物体会受到流体给它的向上托力，即为浮力。阿基米德定律表明：浮体所受到的浮力大小等于它所排开的那部分液体的重量，方向向上。浸在液体中的物体，若不受其它物体的支撑时，只受到重力和浮力的作用。物体的沉浮由两者的合力决定。浮力与重力分别同液体和物体的密度有关。密度是单位体积的物体的质量。比重是某种物质的密度与水的密度之比。所以，可通过比重的大小来判断物体的沉浮，比重大于1时，下沉，反之，则上浮。3、理想流体、流线、流

3、管、过流断面、流量理想流体是一个力学模型。指完全没有粘滞性，绝对不可压缩的流体。流线是用来描述流体运动的曲线。它能形象地表示流体的流动特征。流线的疏密与流速有关，流线密的地方流速大。曲线上每一点的切线方向表示该点流体质点的速度方向。在实验室中，通常把铝粉掺入到流体中，让它们随流体一起运动，并把铝粉的运动拍成照片就能画出流线。流管是由一束流线围成的管状区域。流体在流管中的流动与在没有阻力的光滑管中流动一样，管内的流体不会到管外，管外的流体也不会流入管内。只要知道流体在流管中流体的运动规律，就可了解流体整体的运动规律。流线:表示流动速度特征的线，以线条的密度代表流速，密度大流速大，线条上切线

4、的方向代表速度的方向。流管:由流线围成的管，称为流管。流速小流速大浮力产生的原因连续性原理示意图A1A2流过各过流断面的流量相等A1V1=A2V2=Q，故断面大处流速小，断面小处流速大。（不可压缩）V1V24、伯努利定律从流体的连续原理可知，流管口径大的地方流体的流速慢，流管口径小的地方流体的流速快。如若使流体在一个沿流体流动方向口径逐渐缩小的流管内流动的话，就会看到流体的流速逐渐加快。这说明流体在流管的流动中获得了加速度，这必然是流管口径大处的流体对口径小处的流体有一个力的作用。液体内部发生的这种力，只能从其内部各部分之间的压力差中产生。有实验证明：流管口径大的地方压强大，管径小的地方

5、压强小。于是可得如下结论：流动速度大的地方压强小，流动速度小的地方压强大。这个结论对液体和气体都成立，称为伯努利定律。柏努利定律应用举例喷雾器喷雾就是依据伯努利方程的原理，气体从细的喷口流出时，由于流速大，致使喷口处压力小，而容器内部的压力大，压力差使容器内的液体成雾状喷出。5、马格努斯效应踢足球时，如若在球开始飞行前对球施以足够的旋转，能使球沿曲线飞行，产生所谓的香蕉球。还有一些项目，如网球、棒球、高尔夫球等，如在球体开始飞行前有足够的旋转，都能遵循一种奇妙的曲线飞行，这一现象称马格努斯效应。马格努斯效应分析旋转的球体在空气中飞行运动路线弯曲的机制如下:1.球受到偏心力向前飞行的同时旋

6、转2.球周围产生空气环流3.环流与迎面来的气流相叠加,使球的一侧空气流速大,另一侧空气流速小,根据柏努力定律流速大压力小,流速小压力大,造成两侧的压力差,引起飞行路线弯曲.偏心力不通过物体质心的力称为偏心力，偏心力的作用是使物体作平动和转动的复合运动。FV作业：画出不旋、上旋、下旋球的轨迹及反弹后的路线球的旋转上旋球的运动轨迹下旋球的运动轨迹