以下物理量中无量纲的是:A. 重度B. 雷诺数C. 速度梯度D. 流阻
A. 重度
B. 雷诺数
C. 速度梯度
D. 流阻
题目解答
答案
解析
无量纲量是指没有物理单位的物理量,通常由不同物理量的比值构成,其单位在计算过程中相互抵消。本题需判断四个选项中哪个物理量无量纲。关键在于分析每个选项的物理意义及单位组成:
- 重度:单位为力/体积(如N/m³),有量纲。
- 雷诺数:由流速、特征长度、黏度构成的比值,单位完全抵消,无量纲。
- 速度梯度:速度变化率,单位为时间倒数(如s⁻¹),有量纲。
- 流阻:与流动阻力相关,单位复杂(如Pa·s/m³),有量纲。
选项分析
A. 重度
重度定义为单位体积的重量,公式为 $\gamma = \rho g$,其中 $\rho$ 是密度(单位kg/m³),$g$ 是重力加速度(单位m/s²)。因此,重度的单位为:
$\text{单位} = \frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot \frac{\text{m}}{\text{s}^2} = \frac{\text{N}}{\text{m}^3}$
有量纲。
B. 雷诺数
雷诺数公式为:
$\text{Re} = \frac{\rho v L}{\mu} = \frac{v L}{\nu}$
其中 $\rho$ 是密度(kg/m³),$v$ 是流速(m/s),$L$ 是特征长度(m),$\mu$ 是动力黏度(Pa·s),$\nu$ 是运动黏度(m²/s)。分子和分母的单位分别为:
$\text{分子} = \frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot \frac{\text{m}}{\text{s}} \cdot \text{m} = \frac{\text{kg}}{\text{m}^2 \text{s}}$
$\text{分母} = \text{Pa} \cdot \text{s} = \frac{\text{kg}}{\text{m} \text{s}}$
单位相除后完全抵消,无量纲。
C. 速度梯度
速度梯度表示速度随空间的变化率,单位为:
$\text{单位} = \frac{\text{m/s}}{\text{m}} = \frac{1}{\text{s}}$
有量纲。
D. 流阻
流阻通常定义为压力降与流量的比值,单位为:
$\text{单位} = \frac{\text{Pa}}{\text{m}^3/\text{s}} = \frac{\text{Pa} \cdot \text{s}}{\text{m}^3}$
有量纲。