题目

压强的定义与计算方式.

提问时间：2020-08-10

答案

(1)定义或解释：
①物理学中把垂直压在物体表面上的力叫做压力.
②物体的单位面积上受到的压力的大小叫做压强.
③压强是表示压力作用效果的物理量.
(2)单位
在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡[1],简称帕（这是为了纪念法国科学家帕斯卡Blaise pascal而命名的）,即牛顿／平方米.压强的常用单位有千帕、千克力/平方厘米、托.一般以英文字母「p」表示.
标准大气压为1.013x10的5次方,相当于大约76cm水银柱,就是大气压的大小.
(3)公式：p=F/S
p—压强—帕斯卡(简称帕Pa)
F—压力—牛顿(简称牛N)
S—受力面积—平方米
(4)说明
压力和压强
物体由于外因或内因而形变时,在它内部任一截面的两方即出现相互的作用力,单位截面上的这种作用力叫做应力.
一般地说,对于固体,在外力的作用下,将会产生压(或张)形变和切形变.因此,要确切地描述固体的这些形变,我们就必须知道作用在它的三个互相垂直的面上的力的三个分量的效果.这样,对应于每一个分力Fx、Fy、Fz、以作用于Ax、Ay、Az三个互相垂直的面,应力F/A有九个不同的分量,因此严格地说应力是一个张量.
由于流体不能产生切变,不存在切应力.因此对于静止流体,不管力是如何作用,只存在垂直于接触面的力；又因为流体的各向同性,所以不管这些面如何取向,在同一点上,作用于单位面积上的力是相同的.由于理想流体的每一点上,F/A在各个方向是定值,所以应力F/A的方向性也就不存在了,有时称这种应力为压力,在中学物理中叫做压强.压强是一个标量.压强(压力)的这一定义的应用,一般总是被限制在有关流体的问题中.
垂直作用于物体的单位面积上的压力.若用P表示压强,单位为帕斯卡（1帕斯卡=1牛顿/平方米）
对于压强的定义,应当着重领会四个要点：
⑴受力面积一定时,压强随着压力的增大而增大.（此时压强与压力成正比）
⑵同一压力作用在支承物的表面上,若受力面积不同,所产生的压强大小也有所不同.受力面积小时,压强大；受力面积大时,压强小.
⑶压力和压强是截然不同的两个概念：压力是支持面上所受到的并垂直于支持面的作用力,跟支持面面积大小无关.
压强是物体单位面积受到的压力.
⑷压力、压强的单位是有区别的.压力的单位是牛顿,踉一般力的单位是相同的.压强的单位是一个复合单位,它是由力的单位和面积的单位组成的.在国际单位制中是牛顿/平方米,称“帕斯卡”,简称“帕”.
③影响压强作用效果的因素
1.受力面积一定时,压力越大,压强的作用效果越明显.（此时压强与压力成正比）
2.当压力一定时,受力面积越小,压强的作用效果越明显.（此时压强与受力面积成反比）
(5)
1Pa的物理意义：1平方米的面积上受到的压力是1N.
1Pa大小：两张纸对水平桌面的压强.
注：等密度柱体与接触面的接触面积相等时,可以用 P＝ρgh
P—液体压强—Pa.
ρ—液体密度—千克/立方米(kg/m3)
g—9.8N/kg(通常情况下可取g=10N/kg)
[编辑本段]液体压强
液体容器底、内壁、内部的压强称为液体压强,简称液压.
（一）液体压强原理（帕斯卡定律）的产生帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律,这就是著名的帕斯卡定律．所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计的,所以帕斯卡被称为“液压机之父”．
在几百年前,帕斯卡注意到一些生活现象,如没有灌水的水龙带是扁的．水龙带接到自来水龙头上,灌进水,就变成圆柱形了．如果水龙带上有几个眼,就会有水从小眼里喷出来,喷射的方向是向四面八方的．水是往前流的,为什么能把水龙带撑圆?
通过观察,帕斯卡设计了“帕斯卡球”实验,帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球,球上连接一个圆筒,筒里有可以移动的活塞．把水灌进球和筒里,向里压活塞,水便从各个小孔里喷射出来了,成了一支“多孔水枪”
帕斯卡球的实验证明,液体能够把它所受到的压强向各个方向传递．通过观察发现每个孔喷出去水的距离差不多,这说明,每个孔所受到的压强都相同
帕斯卡通过“帕斯卡球”实验,得出著名的帕斯卡定律：加在密闭液体任一部分的压强,必然按其原来的大小,由液体向各个方向传递
（二）液体压强（帕斯卡定律）的原理 我们知道,物体受到力的作用产生压力,而只要某物体对另一物体表面有压力,就存在压强,同理,水由于受到重力作用对容器底部有压力,因此水对容器底部存在压强.液体具有流动性,对容器壁有压力,因此液体对容器壁也存在压强.
在初中阶段,液体压强原理可表述为：“液体内部向各个方向都有压强,压强随液体深度的增加而增大,同种液体在同一深度的各处,各个方向的压强大小相等；不同的液体,在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体的压强越大.”
（三）液体内部压强：
一、同种液体
1、各个方向都有压强
2、同一深度处,压强一致
3、深度越大,压强越大
二、不同液体
同一深度,密度越大,压强越大
公式：P=ρgh 式中g=9.8N/kg 或g=10N/kg, h的单位是m , ρ的单位是kg/m3 , 压强P的单位是Pa..
如果题中没有明确提出g等于几,应用g=10N/kg,再就是题后边基本上都有括号,括号的内容就是g和ρ的值.
公式推导：
压强公式均可由基础公式:P=F/S推导
P液=F/S=G/S=mg/S=ρ液Vg/S=ρ液Shg/S=ρ液hg=ρ液gh
由于液体内部同一深度处向各个方向的压强都相等,所以我们只要算出液体竖直向下的压强,也就同时知道了在这一深度处液体向各个方向的压强.这个公式定量地给出了液体内部压强地规律.
深度是指点到自由液面的距离,液体的压强只与深度和液体的密度有关,与液体的质量无关.
（四）什么是液体压强
1.液体压强产生的原因是由于液体受重力的作用.若液体在失重的情况下,将无压强可言.
2.由于液体具有流动性,它所产生的压强具有如下几个特点
(1)液体除了对容器底部产生压强外,还对“限制”它流动的侧壁产生压强.固体则只对其支承面产生压强,方向总是与支承面垂直.
(2)在液体内部向各个方向都有压强,在同一深度向各个方向的压强都相等.
(3)计算液体压强的公式是P=ρgh.可见,液体压强的大小只取决于液体的种类(即密度ρ)和深度h,而和液体的质量、体积没有直接的关系.
(4)密闭容器内的液体能把它受到的压强按原来的大小向各个方向传递.
3.容器底部受到液体的压力跟液体的重力不一定相等.容器底部受到液体的压力F=PS=ρghS,其中“h、S”底面积为S,高度为h的液柱的体积,“ρghS”是这一液柱的重力.因为液体有可能倾斜放置. 所以,容器底部受到的压力其大小可能等于,也可能大于或小于液体本身的重力.
（五）液U形管压强计体压强的测量
液体压强的测量的仪器叫U形管压强计,利用液体压强公式P=phg,h为两液面的高度差,计算液面差产生的压强就等于液体内部压强
[编辑本段]大气压强
(1)大气压的存在：【例1】用吸管吸饮料 【例2】吸盘贴在光滑的墙壁上不脱落
(2)产生原因：空气受到重力作用,而且空气具有流动性,因此空气内部向各个方向都有压强,这个压强就叫大气压强.
(3)马德堡半球实验：有力地证明了①大气压的存在②大气压很大.
(4)托里拆利实验：在长约1m,一段封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵住,然后倒插在水银槽中.放开手指,管内水银下降到一定程度时就不再下降,这时管内外水银高度差约为760mm,把玻璃管倾斜,则水银柱的长度变长,但水银柱的高度,即玻璃管内外水银面的高度差不变.测量结果表明这个高度是由当时的大气压的大小和水银的密度所共同决定的,与玻璃管的粗细、形状、长度(足够长的玻璃管)无关.
(5)标准大气压(standard atmospheric pressure)：符号为1atm(非法定单位),1atm*约为1.013×10的5次方Pa.
(6)影响大气压强的因素：
①温度：温度越高,空气分子运动的越强烈,压强越大；
②密度：密度越大,表示单位体积内空气质量越大,压强越大；
③海拔高度越高,空气越稀薄,大气压强就越小.
[编辑本段]*压强单位及换算
单位
帕斯卡(Pa)
巴(bar)
工程大气压(at)
标准大气压(atm)
托(torr)
磅每平方英寸(psi)
换算
1 Pa = 1 N/平方m; = 10−5 bar ≈ 10.197×10−6 at ≈ 9.8692×10−6 atm ≈ 7.5006×10−3 Torr ≈ 145.04×10−6 psi
1 bar = 100 000 Pa = 106 dyn/cm² ≈ 1.0197 at ≈ 0.98692 atm ≈ 750.06 Torr ≈ 14.504 psi
1 at = 98 066.5 Pa = 0.980665 bar =1 kgf/cm² ≈ 0.96784 atm ≈ 735.56 Torr ≈ 14.223 psi
1 atm = 101 325 Pa = 1.01325 bar ≈ 1.0332 at =101 325 Pa = 760 Torr ≈ 14.696 psi
1 torr ≈ 133.322 Pa ≈ 1.3332×10−3 bar ≈ 1.3595×10−3 at ≈ 1.3158×10−3 atm = 1 mmHg ≈ 19.337×10−3 psi
1 psi ≈ 6894.76 Pa ≈ 68.948×10−3 bar ≈ 70.307×10−3 at ≈ 68.046×10−3 atm ≈ 51.715 Torr =1 lbf/in²
为方便记忆,可以简化为如下规律：
1. 1atm=0.1MPa=100KPa=1公斤=1bar=10米水柱＝14.5PSI
2. 1KPa=0.01公斤=0.01bar=10mbar=7.5mmHg=0.3inHg=7.5torr=100mmH2O=4inH2O
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