题目
当z轴向下为正时,重力场中流体平衡的欧拉 平衡微分方程式是( )。A. dp=pdzB. dp=-zd rhoC. dp=-pgdzD. dp=pgdz
$$ 当z轴向下为正时,重力场中流体平衡的欧拉 平衡微分方程式是( )。
A. dp=pdz
B. dp=-zd \\rho
C. dp=-pgdz
D. dp=pgdz
题目解答
答案
C. dp=-pgdz
解析
本题考查流体静力学平衡方程(欧拉平衡方程)在重力场中的表达式,关键在于理解坐标轴方向对符号的影响。当z轴向下为正时,重力加速度方向与z轴正方向一致,需正确处理压力梯度与重力的平衡关系。
基本原理
流体静力学平衡方程来源于牛顿第二定律,当流体静止时,合力为零。考虑单位质量流体,所受力包括:
- 压力梯度力:$-\frac{\partial p}{\partial z}$(压力随高度变化的梯度)
- 重力:$\rho g$(单位质量流体的重力,$\rho$为密度,$g$为重力加速度)
方程推导
根据平衡条件,压力梯度力与重力大小相等、方向相反:
$-\frac{\partial p}{\partial z} = \rho g$
整理得:
$\frac{\partial p}{\partial z} = -\rho g$
对高度$z$积分,忽略常数项,可得微分形式:
$dp = -\rho g \, dz$
选项分析
- 选项C $dp = -pg \, dz$ 符合推导结果(注意$\rho g$中$\rho$为密度,题目中简写为$p$可能为笔误,但选项符号正确)。
- 其余选项符号或物理量组合错误(如选项B未含$dz$,选项D符号相反)。