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壓力和壓強的物理知識
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壓力和壓強的物理知識
任何物體能承受的壓強有一定的限度,超過這個限度,物體就會損壞。
物體由于外因或內因而形變時,在它內部任一截面的兩方即出現相互的作用力,單位截面上的這種作用力叫做壓力。
一般地說,對于固體,在外力的作用下,將會產生壓(或張)形變和切形變。因此,要確切地描述固體的這些形變,我們就必須知道作用在它的三個互相垂直的面上的力的三個分量的效果。這樣,對應于每一個分力Fx、Fy、Fz、以作用于Ax、Ay、Az三個互相垂直的面,應力F/A有九個不同的分量,因此嚴格地說應力是一個張量。
由于流體不能產生切變,不存在切應力。因此對于靜止流體,不管力是如何作用,只存在垂直于接觸面的力;又因為流體的各向同性,所以不管這些面如何取向,在同一點上,作用于單位面積上的力是相同的。由于理想流體的每一點上,F/A在各個方向是定值,所以應力F/A的方向性也就不存在了,有時稱這種應力為壓力,在中學物理中叫做壓強。壓強是一個標量。壓強(壓力)的這一定義的應用,一般總是被限制在有關流體的問題中。
垂直作用于物體的單位面積上的壓力。若用P表示壓強,單位為帕斯卡(1帕斯卡=1牛頓/平方米)
物理知識壓力和壓強歸納
一、壓力
1.壓力概念
①定義:垂直作用在物體表面上的力叫做壓力
②產生的條件:相互接觸的兩個物體相互擠壓。例如:靜止在地上的籃球和地面間有相互擠壓的作用,籃球對地面有壓力;靜止在豎直墻壁旁的籃球與墻壁之間沒有相互擠壓,所以沒有壓力。
③方向:與受力物體的支撐面垂直,并指向支撐面,由于受力物體的受力支撐面可能是水平面,也可能是豎直面,還可能是角度不同的傾斜面,因此,壓力的方向沒有固定指向,它可能指向任何方向,但始終和受力物體的受力面相垂直。
④單位:牛頓,符號:N
二.壓力的作用效果
要點詮釋:壓力的作用效果與壓力和受力面積有關。
①壓力的作用效果是使物體的形狀發生變化。例如:坐在沙發上,人對沙發的壓力使沙發向下凹;用兩手擠壓彈簧手對彈簧的壓力會使彈簧變短。
②影響壓力作用效果的因素
不同的情況下,壓力作用在物體表面使物體發生的形變量常常是不同的。說明壓力所產生的效果不一樣,實驗證明壓力的作用效果與兩個因素有關:壓力的大小、受力面積的大小,當受力面積相同時壓力越大,壓力的作用效果越顯著;當壓力大小相同時,受力面積越小,壓力的作用效果越顯著。
三、液體壓強
(一)要點詮釋:
1.產生原因:液體的壓強是由液體所受的重力及液體具有流動性而產生的,液體的壓強雖然是由液體受的重力產生的,但它的大小卻與液體受的重力無關,液體對容器底部的壓力不一定等于容器中的液體受到的重力,只有側壁豎直的容器,底部受到的液體壓力才等于容器內的液體所受的重力。
2.特點:通過實驗探究發現,液體壓強具有以下特點:
①液體對容器的底部和側壁都有壓強,液體內部向各個方向都有壓強。
②液體的壓強隨深度增加而增大,在同一深度,液體向各個方向的壓強相等。
③不同液體的壓強還跟它的密度有關系。
3.液體壓強計算公式:,式中P表示液體自身產生的向各個方向的壓強,不包括液體受到的外加壓強,單位是Pa,是液體密度,單位是 是常數,,h是液體的深度,單位是m。由公式知,液體壓強與液體的密度和深度有關,與液體的重力、體積無關。當深度一定時,P與成正比,當一定時,P與h成正比。
液體的深度h指的是液體中被研究點到自由液面的豎直距離,即一定要從液體跟空氣的分界面豎直往下測量,它不是高度,高度由下往上量的,判斷出h的大小是計算液體壓強的關鍵。
說明:(1)公式適用的條件為:液體。
(2)公式中物理量的單位為:p——Pa;——kg/m3;g——N/kg;h——m。
(3)從公式中看出:液體的壓強只與液體的密度和液體的深度有關,而與液體的質量、體積、重力、容器的底面積、容器形狀均無關。著名的帕斯卡破桶實驗充分說明這一點。
3.連通器原理的應用
①茶壺:茶壺口高于茶壺蓋的設計。
②鍋爐水位計:利用連通器原理把鍋爐中的水位反映到鍋爐外的水位計中。
③自動飲水器:利用連通器原理使飲水部分水面自動升高。
④船閘:利用連通器原理使輪船通過水庫,攔河大壩等。
四、大氣壓強
1、實驗證明:大氣壓強是存在的,大氣壓強通常簡稱大氣壓或氣壓。
2、大氣壓的測量——托里拆利實驗。
(1)實驗過程:在長約1m,一端封閉的玻璃管里灌滿水銀,將管口堵住,然后倒插在水銀槽中放開堵管口的手指后,管內水銀面下降一些就不在下降,這時管內外水銀面的高度差約為760mm。
(2)原理分析:在管內,與管外液面相平的地方取一液片,因為液體不動故液片受到上下的壓強平衡。即向上的大氣壓=水銀柱產生的壓強。
(3)結論:大氣壓p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值隨著外界大氣壓的變化而變化)。
(4)說明:
①實驗前玻璃管里水銀灌滿的目的是:使玻璃管倒置后,水銀上方為真空;若未灌滿,則測量結果偏小。
②本實驗若把水銀改成水,則需要玻璃管的長度為10.3m
③將玻璃管稍上提或下壓,管內外的高度差不變,將玻璃管傾斜,高度不變,長度變長。
3、標準大氣壓——支持76cm水銀柱的大氣壓叫標準大氣壓。
標準準大氣壓=760mmHg=76cmHg=1.013×105Pa,可支持水柱高約10.3m
4、大氣壓的變化:大氣壓隨高度增加而減小,大氣壓隨高度的變化是不均勻的,低空大氣壓減小得快,高空減小得慢,且大氣壓的值與地點、天氣、季節的變化有關。一般來說,晴天大氣壓比陰天高,冬天比夏天高。
5、大氣壓的測量:測定大氣壓的儀器叫氣壓計。氣壓計分為水銀氣壓計和無液氣壓計。
大氣壓的應用:活塞式抽水機和離心式抽水機。
五、流體壓強與流速的關系
1、流體壓強與流速的關系:在氣體和液體中,流速越大的位置壓強越小。
2、飛機的升力:機翼的上下表面存在的壓強差,產生了向上的升力。
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