斯托克斯定律是流体力学中的一个经典理论,它描述了在特定条件下,小颗粒在液体或气体中运动时所受到的阻力规律。这一原理广泛应用于物理学、工程学以及生物学等领域。
当一个小球体以恒定速度通过静止的流体时,根据斯托克斯定律,作用于该物体上的粘性阻力与球体的半径、流体的动力粘度以及球体相对于流体的速度成正比关系。数学表达式为F=6πηrv,其中F代表阻力大小;η表示流体的动力粘度;r是球体半径;v则是球体与流体之间的相对速度。
值得注意的是,斯托克斯定律仅适用于雷诺数较低的情况(通常小于约1),即流动状态处于层流而非湍流阶段。此外,它假设颗粒形状接近于理想化的球形,并且忽略了布朗运动等其他可能影响因素。
这项由乔治·加布里埃尔·斯托克斯爵士提出并命名的定律不仅帮助科学家更好地理解了微观粒子的行为模式,还促进了诸如过滤器设计、沉降分析及药物输送系统优化等方面的技术进步。尽管现代研究已经发展出更加复杂精确的模型来处理非理想条件下的问题,但斯托克斯定律依然是理解基础物理现象不可或缺的重要工具之一。