流体压力材料
在物理学中,压力定义为单位面积上所受的力,力的方向垂直于表面积。数学上,压力可以用公式 P = F/A 表示,其中 P 代表压力,F 代表力,A 代表表面积。力的单位是牛顿 (N),面积的单位是平方米 (m² )。由于压力是单位面积上的力,因此压力的单位是 N/m²。N / m²的另一个名称是帕斯卡 (Pa)。帕斯卡被用作压力的单位,是为了纪念布莱兹·帕斯卡。
当流体处于静止状态时,它会对其接触的整个表面施加一个垂直于该表面的力。例如,考虑一杯水中的水;每一部分水都会对其所占据的容器单位面积施加一个垂直于该表面的力。这是静止流体(即静流体)的一个重要特性。当流体对一个表面施加一个非垂直的力时,该表面会施加一个反作用力,该反作用力也非垂直。这将导致流体流动。然而,实际上,流体保持静止状态。因此,对于静止流体而言,其所受力始终垂直于其所占据的容器表面。
静止流体的另一个重要特性是它始终向各个方向施加压力。为了更好地理解这一点,可以将一个漂浮物体放入装有水的容器中。如果水完全静止,物体将保持静止,因为作用在其整个表面上的压力相等。如果水压不均匀,就会产生合力,使物体运动。
深度对压力的影响
深度或高度如何影响流体压力?10米深处海水的压力与100米深处海水的压力相同吗?考虑如图所示的容器中的水压。液柱高度为h,横截面积为A。容器底部的水压是多少?
w = 水的重量,h = 圆柱形容器中水柱的高度,A = 表面积,P 为压力。

信息:
w = 重力
ρ = 密度
m = 马萨
g = 重力加速度
V = hA = 液柱体积(h = 高度,A = 表面积)
将其代入压力方程,我们得到:

p = ρ gh → 方程 1(封闭容器)
p = pa + ρ gh → 方程式 2(开口容器)
信息:
pa = 大气压
ρgh = 静水压力
上图中没有显示大气压,但实际上,如果装有水的容器是敞开的,大气压也会作用在水面上,方向向下。
根据上述公式,压力似乎与液体的密度和深度成正比(重力加速度保持不变)。随着液体深度的增加,压力也随之增加。由于上方液体的重量,液体几乎不可压缩,因此液体的密度保持不变。如果高度差非常大(例如,在非常深的海水中),密度会略有变化。但是,如果高度差不太大,液体的密度基本相同,或者变化非常小,可以忽略不计。
我们还可以利用上述公式计算不同深度处的压力差。上述公式可以改写为:

气压
当我们潜入水下时,整个身体都被水包裹。潜得越深,感受到的压力就越大。事实上,我们每天都被大气层包裹着,大气层不断地压迫着我们身体的各个部分,就像我们在水下一样。就像海水一样,地球表面可以被比作大气层的“海底”。如果大气层真的时刻都在压迫着我们身体的各个部分,为什么我们感觉不到这种压迫,就像身处海底一样呢?这是因为我们身体的细胞维持着一个几乎与外部压力相同的内部压力。这就是为什么我们感觉不到这种压力差的影响。
地球大气压力也随海拔高度变化。然而,大气压力与液体的密度变化很小。液体的密度在深度变化很小的情况下变化也很小,因此通常假设液体的密度相同。这与地球大气的密度不同。地球大气的密度随海拔高度变化显著。不同海拔高度的空气密度不同,因此我们不能用上述公式计算大气压力。此外,大气中没有明确的边界可以用来测量海拔高度。大气压力也会随天气变化。为了确定大气压力,我们需要进行测量。
压力测量
伽利略的学生埃万杰利斯塔·托里切利(1608–1647)于1643年发明了水银气压计,用于测量大气压力。该气压计由一根装满水银的长玻璃管组成。将装满水银的玻璃管倒置在一个同样装满水银的容器中。
当装有汞的玻璃管倒置时,管的末端并非充满汞,而只是含有汞蒸气,其压力极小,可以忽略不计(p)。2 = 0)。在平板中的水银表面,存在向下的大气压(大气压力作用于平板中的水银)。这种大气压支撑着玻璃管中的水银柱。图中,大气压用 p 表示。o 大气压强的大小可以用以下公式计算:
p o = ρ gh
根据测量结果,海平面平均大气压为 1,013 × 10⁵ N /m² 。海平面大气压的大小被用来定义另一个压力单位,即 atm(大气压)。因此,1 atm = 1,013 × 10⁵ N /m² = 101,3 kPa(kPa = 千帕)。另一个压力单位是巴(bar,常用于气象学)。1 bar = 1,00 × 10⁵ N /m² = 100 kPa。
上述大气压值是如何获得的?
该测量方法运用了托里切利上述演示的原理。所用汞柱高度为76厘米(大气压只能支撑76,0厘米高的汞柱),汞柱温度恰好为0摄氏度。 oC,重力加速度的大小为 9,8 m/s²2在这种情况下,汞的密度为 13,6 x 103 千克/米3大气压:

压力计
测量压力的工具有很多,包括开口管压力计。
在开口管压力计中,U形管内部分填充液体(汞或水)。测得的压力与注入管内的两种液体高度之差有关。压力计算公式如下:

通常情况下,计算的不是ρgh的乘积,而是液体的高度(h),因为压力有时以毫米汞柱(mmhg)或毫米水柱(mmH₂O)表示。毫米汞柱的另一个名称是托(torr,以纪念埃万杰利斯塔·托里切利)。
除了压力计之外,还有其他测量仪器,例如机械式和电子式气压计,包括轮胎压力表等。托里切利用来测量大气压力的仪器也称为水银气压计,它将一根玻璃管装满水银,然后倒置到也装有水银的板中。
额定压力、表压和绝对压力
给车辆轮胎充气时,通常会使用气压表。这样可以确保胎压既不会过低也不会过高。给轮胎充气时,测量的只是轮胎内部的气压,并不考虑大气压力。不仅在测量胎压时,在大多数其他压力测量中,大气压力也不被考虑。这种测量到的压力称为测量压力。那么,它与绝对压力有什么区别呢?
绝对压力 = 大气压 + 测量压力。因此,要得到绝对压力,我们将测量压力加到大气压上。换句话说,绝对压力 = 总压力。数学上,这可以写成:
p = pa + p 测量
例如,如果我们测得的轮胎气压为 100 kPa,那么绝对气压为:
p = pa + p 测量
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
绝对压力 = 201 kPa。
还有另一个术语:表压,也叫压力。表压是指高于大气压的压力。例如,考虑摩托车轮胎压力。当摩托车轮胎放气时,轮胎内的压力等于大气压(大气压 = 1,01 × 105⁵ Pa = 101 kPa)。当轮胎充气后,胎压自然升高。当胎压超过 101 kPa 时,超出部分的压力也称为表压。
流体压力示例问题
例题1:
一艘潜艇下潜到200米深。潜艇所承受的压力是多少?
俯冲?g = 10 米/秒2
讨论
已知:
深度(h)= 200 米
海水密度 (ρ) = 1,03 x 103 千克/米3 = 1030公斤/米3 (参见密度表)
大气压强 (pa) = 1 atm = 1 × 105 牛顿/米2 = 1 × 105 (千克·米/秒)2)/米2 = 1 × 105 千克/米2
重力加速度 (g) = 10 米/秒²2
问:压力
回答 :

容器是敞开的,因此计算中不包含大气压力。
例题2:
一个10米高的水库注满了水。如果水库的水面高度为
容器关闭时,容器底部的水压是多少?已知 g = 10 m/s²2
讨论
已知:
高度 (h) = 10 米
水的密度 (ρ) = 1,00 x 103 千克/米3 = 1000公斤/米3
大气压强 (pa) = 1 atm = 1 × 105 牛顿/米2 = 1 × 105 (kg·m/s)2) / 米2 = 1 × 105 千克/米2
重力加速度 (g) = 10 米/秒²2
问:压力
回答 :

容器是封闭的,因此计算中不包含大气压力。
例题3:
水柱(右侧)高度为 50 厘米,另一种液体柱(左侧)高度为 30 厘米。另一种液体的密度是多少?
讨论
已知:
重力加速度 (g) = 10 米/秒²2
水位(小时)1) = 50 厘米
水的密度(ρ)1) = 1,00 x 103 千克/米3 = 1000公斤/米3
其他液体高度(h)2) = 30 厘米
其他液体的密度(ρ)2) = ?
pa + ρ 1 gh 1 = pa + ρ 2 gh 2
大气压力(Pa)和重力加速度(g)相同,因此它们相互抵消。

例题4:
玻璃管内有液面高度为 10 厘米的液体。管底的水压为 1200 牛/米2如果 g = 10 米/秒2忽略气压。液体的密度是多少?
A. 800 kg/m3
B. 900 千克/米3
C. 1000 kg/m3
D. 1200 kg/m3
E. 1300 kg/m3
讨论 :
迪克塔会 :
克廷根 液面高度 (h) = 10 厘米 = 0,1 米
水压(P) 管底处的力 = 1200 N/m2
重力加速度 (g) = 10 米/秒2
问 :
密度 液体?
Jawab :
例题5:
连通容器中的汞的表面积差为 3 厘米。汞的密度为 13,6 克/立方厘米。3左侧试管中液体的液面高度为 10 厘米。该液体的密度是多少?
A. 800 kg/m3
B. 1030 千克/米3
C. 1080 kg/m3
D. 1300 kg/m3
E. 1360 kg/m3

讨论 :
迪克塔会 :
水星高度 (h) = 3 厘米 = 0,03 米
汞的密度 = 13,6 克/立方厘米3 = 13600公斤/米3
液面高度 (h) = 10 厘米 = 0,1 米
问 :
密度 液体?
回答 :
该系统处于静态平衡状态,因此液体的压力(左侧管)等于汞的压力(右侧管)。
P空气 + P.液体 = P.空气 + P.拉萨
气压相同,因此可以从方程式中排除。
液相P =气相P

