水和水之間有摩擦力嗎?

有還是沒有呢?沒有的話為什麼沒有呢?有的話摩擦生熱,那水溫豈不是會變高?


水和水之間的摩擦力稱做粘滯力,這個粘滯力是會摩擦生熱的,但是請注意到在摩擦生熱的同時還會伴隨著一個物理過程——對流傳熱,在常速流體下,對流傳熱的速度是遠遠大於摩擦生熱的速度的,所以你並不會觀察到水溫應為摩擦而升高。 但是在一些極高速的情況下(幾個馬赫),流體摩擦產生的熱量將變得顯著,例如下圖的高速巡航的戰鬥機.

圖中可見飛機的鼻尖,機翼的前端溫度都已經超過了100°C, 能夠讓飛機上的鋁合金軟化,同時讓飛機的液壓,燃油,客艙等都面臨過熱的問題了。更別說,美國的X-15超高速飛行器,流體摩擦能讓飛機升溫到1300°C,一般的金屬材料都已經吹化了。
回到主題,水和水之間的粘滯力能夠產生很多非常奇妙的現象。

水流是從下往上流動的,當水流通過一個圓柱型的障礙物後(如酒瓶), 便會產生非常美妙的圖案,從左到右雷諾數越來越大,你可以簡單理解為水流的粘滯力越來越小,對障礙物的反應也就越來越奇妙,逐漸形成軸對稱的交替出現的漩渦——它們有一個學名:卡門渦街(Kármán vortex street),很萌吧,由錢學森的導師馮卡門發現並命名。


有的。不過不叫摩擦力,叫「黏滯力」也有寫作「粘滯力」的。


第一名 霍華德 的答案解釋得很淺顯易懂了。

其實他舉的例子中涉及到粘滯力的水或者空氣都屬於流體的範圍。而說到流體力學,則又不得不提到我們可愛的 Navier-Stokes方程,在 《哈薩克數學家聲稱已經解決了千年的最困難的數學任務之一Navier-Stokes方程。如何評價這個解決?》中,小夥伴們進行了熱(ji)情(lie)的討(zheng)論(chao)。內容可能比較理論,但題主可以看到,在其中一個小夥伴貼的公式里,那個μ就是粘滯係數,也是造成產熱,和能量耗損的罪魁禍首。

PS:那個激萌的卡門漩渦(Von Kármán vortex street),在雷諾係數Re增長到一定程度時就看不到了(取決於障礙物的形狀和大小)。而當Re到了幾千(有時需要到上萬)的數量級時就有可能出現湍流(Turbulence)。當然,這是後話了。


終於看到可以回答的問題了。#^_^#

流體的粘滯力
水是流體,而實際流體是由黏性的,流體在流動的時候產生的內摩擦性質稱為流體的黏性。流體的內摩擦概念由牛頓提出,而庫倫用實驗證實。
庫倫做了一個有一個比較有趣的實驗,他把一塊薄圓板用細金屬絲平吊在液體中,將圓板繞中心轉過一個角度後放開,靠金屬絲的扭轉作用,圓板開始往返運動。由於流體的粘滯作用,圓板振幅逐漸衰減,直到靜止。庫倫分別測試了普通板,塗蠟板和細沙板的衰變時間,結果顯示三種圓板的衰變時間均相等,他得出結論:衰變的原因不是圓板和液體之間的摩擦,而是液體內部的摩擦。

牛頓內摩擦定律
牛頓在《自然哲學的數學原理》中假設:「流體在兩個面上由於缺乏潤滑而引起的阻力與速度梯度成正比」

A是接觸面的面積,牛頓的粘性定律獲得大量實驗的證實。

現在回到題主的問題,實際上的水,的確是有內摩擦力互相作用的,比如水在運輸過程中水溫會升高。而沒有黏性力的流體稱為理想流體。關於理想和實際流體的差別,我們可以看到大家熟悉的伯努利方程。
對於理想流體來說:伯努利方程

表明速度水頭,位置水頭,壓強水頭之和為常數,而實際流體因為有粘滯力的作用,考慮到沿程損失

hw是在流動過程中由於內摩擦產生熱量而損失的水頭高度,也就是摩擦生熱而損失的熱量啦(這裡忽略了局部損失不討論)

產生內摩擦的原因
1.流體內兩層流體分子間的引力作用
當兩層液體作相對運動時,兩層液體分子之間的平均距離減小,而吸引力隨之增大,其實就是分子的內聚力。
2.流體分子的熱運動
氣體分子的隨機運動範圍比較大,流層之間的分子交換頻繁,動量交換作用表現為力的作用。
一般認為:液體的黏性主要取決於分子之間的引力,而氣體的黏性主要取決於分子熱運動。


Friction Reduction at a Superhydrophilic Surface: Role of Ordered Water
我關心固/水界面體系,我發現水水之間的摩擦其實是界面摩擦阻尼的一部分,而層流可以看作是一個一個並聯的電阻。


微觀世界裡完全沒有摩擦力. 摩擦力是為了計算方便進行的高度宏觀的概括和近似.


當然有的,而且描述這種摩擦的有一個很重要的物性數據,黏度或者動力黏度。而之所以觀察不到升溫是因為流動的水之間會有熱量質量的傳遞,不僅是對流,還應該有傳導和輻射。


流體力學的幾乎全部麻煩都是因為這個小小的非線性粘滯項


這位仁兄,你把摩擦生熱想得也太偉大了吧!再說摩擦產生的熱量會在空氣中散失掉的。


現實中的流體都是有黏性的,無黏流體是不存在的。流體的運動很複雜,不同區域之間的速度不同,就會在區域的交界處產生摩擦力。


題主把升溫的去掉了么…
有沒有摩擦前面已經說了很多了。關於升溫的部分我覺得回答的角度似乎不對,我猜題主問的是液體本身升不升溫吧。結果要看系統有沒有輸入能量,外界有能量輸入,液體溫度會上升,當年焦耳那個著名的實驗不就是輸入能量攪拌液體,然後測量液體升溫來比較機械能和熱量之間的關係么。如果沒有外界能量輸入,液體間的「摩擦」僅是能量從一部分液體中遷移到另一部分中,總能量不變,自然沒有溫度變化。


最簡單的例子就是液壓油發熱的現象。


肯定是有的,水與水之間簡單說有如下兩種情況,好比一個生日蛋糕。慣性力與粘性力相當的時候,水就好比蛋糕的一層奶油一層蛋糕互相不影響只在界面出接觸。
如果這個慣性力比粘性力大的多,即流體為了保持原運動狀態的能力遠大於層與層的阻力,蛋糕就會發生強烈的混合。好比奶油和蛋糕混為一起,

這個慣性力比粘性力就叫雷諾數


說了這麼多其實不論哪種情況都會發生傳熱效應。題主說的為什麼水體不會變熱其實有幾個原因:

1.你摩擦手會變熱是因為首先你得做功,一般生活中我們對水不會做很大的功感受熱量上升。

2.流體的比熱容遠大於固體,相同熱量流體上升的溫度小的多。

3.流動表面與空氣也會散熱,即使水下摩擦傳熱,整個熱量還是會脈動上來擴散至表面再傳走,這也佔了很大一部分。

4.對流傳熱是一種比較高效的穿熱方式,可以讓熱量比較快的轉移。手與手的摩擦之所以比較容易感受就是因為導熱比較慢,還可以感受局部高溫。對流傳熱很快就將熱量分散,否則我們在家也不會老開窗「對流」來散熱了



摩擦力與流速有關,當流速較小時,表現為層流;流速大於臨界速度時,表現為紊流。
實例,水龍頭開大時出現紊流。


摩擦力不是4種基本作用力中的電磁相互作用力嘛。
就是正負電荷吸引,氫氧原子中有帶正電原子核和帶負電電子,所以肯定有摩擦啦。
生熱這個,這個摩擦產生的熱能肯定有啦,我認為所有能量最終都轉變成熱能,物質也要轉變的,這不就是熱寂嘛。說偏了,反正只是小的感覺不到——我想。


有啊、


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