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虽然单个细微粒子撞击在一个巨大物体上的力是局部而短暂的脉冲 但大量粒子撞击在物体上产生的平均
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虽然单个细微粒子撞击在一个巨大物体上的力是局部而短暂的脉冲,但大量粒子撞击在物体上产生的平均效果是一个均匀而持续的压力。为简化问题,我们设粒子流中每个粒子的速度都与物体的界面(壁)垂直,并且速率也一样,皆为v。此外,设每个粒子的质量为m,数密度(即单位体积内的粒子数)为n,求下列两种情况下壁面受到的压强:
(1)粒子陷入壁面。
(2)粒子完全弹回。
参考答案
在情况(1)中,每个粒子传递给壁的动量为△p=mv。在情况(2)中,每个粒子的动量由mv变为-mv,故传递给壁的动量为△p=mv-(-mv)=2mv。
在△t时间内粒子平移的距离为v△t。在壁上取一面元△S,以△S为底、v△t为高,作一柱体,如图3.2所示,这里包含了在△t时间内撞击在壁上的全部粒子。此柱体的体积为△V=v△t△S,其中有n△V=nv△t△S个粒子。因而,在△t时间内传递给壁的动量为△P=n△V△p=nv△t△S△p,即施加给壁的力△F和压强(单位面积上的力)P为