力为-a，负号表示惯性力 方向与加速度方向相反
x
惯性系：惯性定律被严格遵守的参考系（牛 顿运动定律适用）
非惯性系：相对于一个已知惯性系做加速运 动的参考系称为，非惯性系（牛顿运动定 律不适用）。为了使牛顿运动定律在非惯 性系中可以适用，人为的引入惯性力，f=ma，F=-a
水 1.3 作用在液体上的力
学 3、牛顿内摩擦定律：液体的内摩擦力与其速度梯
第 度du/dy成正比，与液层的接触面积A成正比，与
1 流体的性质有关，而与接触面的压力无关。液体
章 的粘滞性是液体发生机械能损失的根源。
内摩擦力：T= μA du/dy 切应力：t= μdu/dy
du
dy d sin tg dudt / dy d / dt du / dy
学
第 三、本章基本内容
2 章
水静力学的核心问题是根据平衡条件来求
得静水压强在空间的分布规律，进而确定
静水压强的方向、大小和作用点。
水 2.1 静水压强及其特性
力
学 2.1 静水压强及其特性
第 2 章
2.1.1 静水压强的定义 一、定义：
静水压力：静止液体作用在与之接触的表面上的水
压力称为静水压力。液体不仅对与之接触的固体
二、单位
静水压力P单位：N或kN
静水压强p单位：Pa或kPa 1Pa＝1N/m2
水 力
2.1 静水压强及其特性
学 2.1.2 静水压强特性
第 第一特性：压强方向与作用面内法线方向重合。
2
章 简证：如果作用在接触面上的
P
压力不与作用面垂直，则该 力可以分解为沿作用面切向
B
的力及垂直于作用面的力， 但液体不能承受切力的作用，
水 1.1 概述
力
学 1.1.2 水力学发展简史
第 1
1738年伯诺里出版了《流体动力学》
章
书中用能量守恒定律解决流体的流动问题，写出了
流体动力学的基本方程，后人称之为“伯努利方
程”，提出了“流速增加、压强降低”的伯努利原
理17。69年欧拉提出液体运动解析方法
用于求解二元及三元流动的运动学及动力学方程。
水 1.1 概述
力
学 3、常见水力学问题
第 1
（1）构筑物（及河渠）的过水能力
章 （2）构筑物（及河渠）所受的水力荷载
（3）水流的流动形态
（4）水流的能量消耗
★基本原理同样适用于一般常见的液体 和可以忽略压缩性影响的气体。
水 1.1 概述
力
学 1.1.2 水力学发展简史
第 1
公元前250年阿基米德发表的“论浮体”：
水 1.2 液体的主要物理性质
力 学
第 1.2.5 表面张力特性(surface tension)
1 一、定义 章 表面张力：液体具有尽量缩小其表面的趋势，沿液体的表
面产生了张力，称为表面张力。
1.2.6液体的汽化压强(saturated vapor pressure)
一、定义 汽化：所有液体都有趋于汽化或蒸发的性质。液态
章
如果把一个比流体轻的固体施力拖入流体中，则固
体会受到一种浮力作用，这种力等于它排开流体的
重量与它本身重量的差。
1653年帕斯卡提出帕斯卡定律
根据静压力基本方程(p=p0+ρgh),盛放在密闭容器内 的液体，其外加压强p0发生变化时，只要液体仍保 持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压强均 将发生同样大小的变化。
水 1.2 液体的主要物理性质
力
学 1.2.2 重力特性
第
物体之间相互具有吸引力的性质。这个吸引力
1
称为万有引力。在液体运动中，一般只需要考虑
章 地球对液体的引力，这个引力就是重力(gravity)，
用重量W来表示。
W=mg
（N）
液体单位体积内所具有的重量称为重度(specific weight) ，或称容重、重率，用符号γ表示。
力
学
例题1-1一平板在水面上做水平运动，已知平板的运动速度
第 u=40cm/s，油层厚度δ=5mm，油的动力粘滞系数µ=0.1Pa·S。
1 章
求作用在平板单位面积上的粘性阻力。
u=0.4m/s
5mm
=0.1Pa S
水 1.4 例题
力
学
例题1-2旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒由电动机带动旋
第 转。内外筒间充入实验液体。已知内筒半径r1=1.93cm，内
水 1.3 作用在液体上的力
力 学
1.3.1 质量力(body force)
按力的物理性质：惯性力、重力、粘性力、弹性力、
第
表面张力。
1 章
一、定义
质量力：作用于隔离体内每一个液体质点上的力，
其大小与受作用的液体的质量成正比，与加速度有关。
在均质液体中，质量力也必然与受作用的液体的体积成 比例，所以又称为体积力。最常见的质量力包括重力、 惯性力。
为简化分析，对液体粘性暂不考虑。在 理想液体模型中，粘性系数μ＝0。
水 1.2 液体的主要物理性质
力 学 1.2.4 压缩性与热胀性(compressibility and dilatability)
第 一、定义
1 压缩性：由于流体只能承受压力，抵抗体积压缩变
章
形，并在除去外力后恢复原状，因此这种性质就称为压缩
单位质量力：单位质量液体上所受的质量力称为单
位质量力。F=f/m

二、表示法：
单位m 质，量Y力=fF在y /各m个，坐标Z=轴F上z / 的m 分力为X、Y、Z则：X=Fx /
即： f = X i + Y j + Z k
水 1.3 作用在液体上的力
力 学
y
第
a
1
章
车厢内液体所受单位质量
N2 m N1
u+du
dudt
D
C
D1 C1
da
dy
A
B A1 B1
u
水 1.2 液体的主要物理性质
力
学 ★实际上，牛顿内摩擦定律并不是对任何流
第 1
体都成立的。
章
牛顿流体(Newtonian fluid)
宾汉型塑性流体
非牛顿流体 伪塑性流体
膨胀性流体
具体见P9图1-5。
4、理想液体模型： (perfect fluid)
武汉理工大学 土木工程与建筑学院 金 溪
水力学
水 力
课程简介
学
教材：《水力学》（第一版），主编： 金建华、王烽；湖南大学出版社；
参考书：
1．刘鹤年，水力学，武汉大学出版社， 2001年6月
2．周光坰，流体力学，高等教育出版 社 2000年6月
水 力
1.1 概述
学
第 1.1.1 水力学的任务
1 章
γ=W/V ＝ ρg （N/m3）
g的数值大小和纬度有关，一般可看作常数，在 本书中采用9.8m/s2。
液体的重度随着压强和温度变化很小, 一般看作 常数。水的重度通常取9800N/m3 。P7表1-1。
水 1.2 液体的主要物理性质
力
学 1.2.3 粘性(viscosity)
第 1
一、定义
章 粘滞性是流体固有的物理属性，当液体处于运动
A
会发生形变（流动），这与 静止液体的前提矛盾，所以
Pn
P
压力一定与作用面垂直。并
且液体不能承受拉力，所以
作用力不能指向作用面外法
P
线法向。
水 力
2.1 静水压强及其特性
学
第 第二特性：
2
静止液体中任一点静水压强的大小与作
章 用面的方向无关，或者说，作用于同一点
各方向的静水压强大小相等。
★静止液体不同点静水压强一般不相等，具 有一定的空间分布，各点压强仅为点坐标 的连续函数p＝p(x,y,z)
一、什么是水力学
主要研究以水为代表的液体的平衡和
机械运动规律及其实际应用的一门学科。
从学科的角度来看，水力学是介乎基础科
学和工程技术之间的一门科学。一方面根
据基础科学中的普遍规律，结合水流特点，
建立理论基础，同时又紧密联系工程实践
发展学科内容。
水 力
1.1 概述
学
第 二、水力学的应用
1 章
1、在水利建设中
水 力
1.1 概述
学
第 1.1.3 液体的连续介质模型
1 章
微观：分子间存在空隙—不连续性液体
宏观：工程问题中—液体大量分子运动
的统计平均特性
欧拉基本假说：液体
和气体充满一个体积
时是不留任何空隙的， 其中没有真空，也没
m V
有分子间隙，认为液
体是连续介质.
V'
V
水 1.1 概述
力
学 ★连续介质中的一“点”，实际上是指一块
状态时，若液体质点之间存在相对运动则质点之
间要产生内摩擦力，抵抗其相对运动，这种性质
称为液体的粘滞性，其中的内摩擦力称为粘滞力。
二、性质
液体:T↑,粘性↓.(液体分子间的内聚力随T增大而减 少)
气体:T↑,粘性↑.(分子间动量交换,随T增大动量交换 剧增)
水 1.2 液体的主要物理性质
力 学 三、量度
所谓静止包含两种情况：绝对静止、相对静止。
绝对静止：液体与地球之间没有相对运动，液体内部质点 之间没有相对运动。
相对静止：液体与地球之间存在相对运动，液体与容器之 间没有相对运动，液体质点之间不存在相对运动。
绝对静止 V=0 a=0
相对静止 V=0 a=0
相对静止 V=0 a=0