在恒定壓差下圓柱形管中粘滯流體的流速場如何隨時間演化?怎么求解圓柱形管中的含時NS方程?如何用冪級數(shù)解法求解貝塞爾方程?《張朝陽的物理課》第一百一十五期在1月14日12時開播,搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼CEO張朝陽坐鎮(zhèn)搜狐視頻直播間,先給網友們復習了不同情況下的納維爾—斯托克斯方程的特點,隨后研究恒定截面的圓管中的流體,在恒定壓差下從靜止開始到流速穩(wěn)定下來,流速場的演化過程。他先根據無窮長時間的漸進行為化簡納維爾—斯托克斯方程,利用分離變量法將方程的時間與空間分離,其中空間部分的微分方程化為貝塞爾方程。之后采用微分方程的冪級數(shù)解法求解貝塞爾方程,推導出遞推公式并得到0階貝塞爾函數(shù),進一步根據邊界條件確定了流速分布的形式,并引出了傅里葉—貝塞爾級數(shù)。

張朝陽先給網友們復習了不同情況下的納維爾—斯托克斯方程的特點,指出之前討論過的流體流動都是不隨時間變化的穩(wěn)恒情況,而這節(jié)課他開始考慮流速分布隨時間變化的情況。 假定圓管中初始流體流速處處為零,在恒定壓強的驅動下開始加速流動,但隨著流速的增加,阻礙流體運動的粘滯力也隨之增加,直至與恒定壓強梯度造成的驅動力相平衡,流速趨于一個穩(wěn)定值,這時含時方程化為不含時方程,根據該流速的漸進行為可化簡含時納維爾-斯托克斯方程。
之后,張朝陽利用分離變量法將含時方程的時間與空間分離,空間部分的微分方程化為貝塞爾方程。之后采用微分方程的冪級數(shù)解法求解貝塞爾方程,推導出級數(shù)偶數(shù)項(奇數(shù)項)之間的遞推公式,由于第一奇數(shù)項為零,所以所有奇數(shù)項為零,求得偶數(shù)項的通項后得到0階貝塞爾函數(shù)。最后張朝陽根據兩個邊界條件進一步限制了流速分布的形式,并引出了傅里葉-貝塞爾級數(shù)。
截至目前,《張朝陽的物理課》已直播一百余期,內容豐富、覆蓋廣泛,理論公式由淺入深、繁簡交融。從去年11月開啟第一節(jié)物理直播課,他先是從經典物理學開始,科普了牛頓運動定律等;而后從經典物理的“兩朵烏云”說起,向近現(xiàn)代物理過渡,探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識。
此后逐步進入量子力學領域,從基礎的薛定諤方程等理論內容,到氫原子波函數(shù),再到氣體定容比熱的溫度階梯,并順勢講解了熱力學定律。接著回到了經典物理,推導出飛船運行軌跡,估算太陽的結構與性質以及中子星的自轉速度。
隨后,講解了陀螺的進動,還計算出月球的潮汐高度。緊接著介紹狹義相對論的四維語言,并逐步過渡到了電動力學。之后進一步分析了地球的形變成因以及月球的退行效應,并轉向研究流體力學領域。
《張朝陽的物理課》的直播風格獨樹一幟:以演算物理為特色,注重從日常現(xiàn)象引入,通過一步一步詳盡計算和硬核推導,理解自然界的基本規(guī)律。
據了解,《張朝陽的物理課》于每周周五、周日中午12時在搜狐視頻直播,網友可以在搜狐視頻“關注流”中搜索“張朝陽”,觀看直播及往期完整視頻回放;關注“張朝陽的物理課”賬號,查看課程中的“知識點”短視頻;此外,還可以在搜狐新聞APP的“搜狐科技”賬號上,閱覽每期物理課程的詳細推導過程。
除了《張朝陽的物理課》外,在直播方面,搜狐視頻正持續(xù)打造知識直播平臺,邀請各個科學領域的頭部播主入駐,進行科普知識直播。在“歷史其實很有趣”科學公開課中,南京大學西方文學碩士、《中國國寶大會》四強選手、國學博主魯韋彤帶你“跟老祖宗學‘浪漫告白’”;作家、中國國家地理專欄作者鄧春海在線科普“古人牙齒保健”;歷史文化學博士赫老師說歷史為你揭曉“古人如何賺錢理財”,了解隱士到底有多窮;北京大學學士、中國傳媒大學博士大錘說史分享“沒暖氣沒秋褲,古人怎樣過冬?”……未來將有更多知識主播入駐搜狐視頻,一同玩轉科學,探索不同領域。




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