在物理學中對物體的分類可以分為剛體和流體。剛體是指形狀不變的物體。而流體是指沒有固定形狀的物體。在航空問題中,流體成了最主要的研究對象。顯然,由于沒有固定形狀,流體的流動比剛體運動更加復雜。在剛體運動中,我們可以把物體的運動看作是兩種過程的總和。一種是平動,另一種是轉動。但是,在流體力學中,流體的速度不僅具有平動和轉動,還有剪切變形。 如上圖(a)所示,流體微團1234想要變成1'2'3'4',首先要平動,使3與3'重合(b),然后微團繞點3旋轉,使得32與3'2'在同一直線上(c),最后沿32做剪切變形運動,整個流體微團變成1'2'3'4'(d)。如果用公式定量的計算各個速度的大小,那么公式就是這樣的: 這個公式里有旋度rot,微分符號δ,向量積,但是最復雜難懂的確實符號S。在這里,它實際是一個二階張量! 并用F表示作用在流體微團表面的力。那么F就是一個張量了。我們舉得這個例子中的F有3^2=9個分量,所以F也叫二階張量,如果一個量有27個分量,那么它就是三階張量,其余可以以此類推。其實標量和矢量也是特殊的張量。標量是零階張量,矢量是一階張量。 回到我們之前講的速度公式。速度可以分解為平動、轉動和變形的定理叫做氦姆霍茲(Helmholtz)速度分解定理。張量S叫做變形速度張量。寫成上面九個量的話,是這樣。 |
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