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压强

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1、物理意义:反映压力作用效果的物理量

压强压强

2、定义:物体单位面积上受到的压力叫做压强。

3、单位:国际制主单位:帕斯卡简称帕(Pa)1Pa=1N/m2

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名称发现编辑本段回目录

在17世纪那个时候,德国有一个热爱科学的市长,名叫格里克.他是个博学多才的军人,从小就喜欢听听伽利略的故事;爱好读书,爱好科学;一直读到莱比锡大学.1621年又到耶拿大学攻读法律;1623年,再到莱顿大学钻研数学和力学.他读了三所大学,知识面很广,上知天文,下识地理;什么数理法律、哲学工程等等,无所不知,无所不通.因此,他能在军旅中过活;又可在政界中立足;更能在科学界发言.他是1631年入伍,在军队中担任军械工程师,工作很出色.后来,投身政界,1646年当选为马德堡市市长.无论在军旅中,还是在市府内,都没停止科学探索.

1654年,他听到托里拆利的事儿,又听说还有许多人不相信大气压;还听到有少数人在嘲笑托里拆利;再听说双方争论得很激烈,互不相让,针锋相对.因此,格里克虽在远离意大利德国,但很抱不平,义愤填膺.

他匆匆忙忙找来玻璃管子和水银,重新做托里拆利这个实验,断定这个实验是准确无误的;再将一个密封完好的木桶中的空气抽走,木桶就“砰!”的一声被大气“压”碎了!

有一天,他和助手做成两个半球,直径14英寸,即30多厘米,并请来一大队人马,在市郊做起“大型实验”.

压强玻璃管
这年5月8日的这一天,美丽的马德堡市风和日丽,晴空万里,十分爽朗,一大批人围在实验场上,熙熙嚷嚷十分热闹.有的说这样,有的说那样;有的支持格里克,希望实验成功;有的断言实验会失败;人们在议论着,在争论着;在预言着;还有的人一边在大街小巷里往实验场跑,一边高声大叫:“市长演马戏了!市长演马戏了—”格里克和助手当众把这个黄铜的半球壳中间垫上橡皮圈;再把两个半球壳灌满水后合在一起;然后把水全部抽出,使球内形成真空;最后,把气嘴上的龙头拧紧封闭.这时,周围的大气把两个半球紧紧地压在一起.格里克一挥手,四个马夫牵来八匹高头大马,在球的两边各拴四匹.格里克一声令下,四个马夫扬鞭催马、背道而拉!好像在“拔河”似的.

“加油!加油!”实验场上黑压压的人群一边整齐地喊着,一边打着拍子.4个马夫,8匹大马,都搞得浑身是汗.但是,铜球仍是原封不动.格里克只好摇摇手暂停一下.然后,左右两队,人马倍增.马夫们喝了些开水,擦擦头额上的汗水,又在准备着第二次表现.格里克再一挥手,实验场上更是热闹非常.16匹大马,死劲抗拉,八个马夫在大声吆喊,挥鞭催马……实验的上的人群,更是伸长脖子,一个劲儿地看着,不时地发出“哗!哗!”的响声.突然,“啪!”的一声巨响,铜球分开成原来的两半,格里克举起这两个重重的半球自豪地向大家高声宣告:“先生们!女士们!市民们!你们该相信了吧!大气压是有的,大气压力是大得这样厉害!这么惊人!……”实验结束后,仍有些人不理解这两个半球为什么拉不开,七嘴八舌地问他,他又耐心地作着详尽的解释:“平时,我们将两个半球紧密合拢,无须用力,就会分开.这是因为球内球外都有大气压力的作用;相互抵消平衡了.好像没有大气作用似的.今天,我把它抽成真空后,球内没有向外的大气压力了,只有球外大气紧紧地压住这两个半球……”.

通过这次“大型实验”,人们都终于相信有真空;有大气;大气有压力;大气压很惊人,但是,为了这次实验,格里克市长竟花费了4千英镑.

定义解释编辑本段回目录

压强连通器
(1)定义

垂直作用在物体表面并指向表面的力叫做压力。
②物体的单位面积上受到的压力的大小叫做压强。

(2)单位

在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕(这是为了纪念科学家帕斯卡Blaisepascal而命名的),即牛顿/平方米。压强的常用单位有千帕、标准大气压、托、千克力/平方厘米、毫米水银柱等等。(之所以叫帕斯卡是为了纪念法国科学家帕斯卡)

(3)公式:p=F/S

p表示压强,单位帕斯卡(简称帕,符号Pa)F表示压力,单位牛顿(N)S表示受力面积,单位平方米

(4)说明

①不少学科常常把压强叫做压力,同时把压力叫做总压力。这时的压力不表示力,而是表示垂直作用于物体单位面积上的力。所以不再考虑力的矢量性和接触面的矢量性,而将压力作为一个标量来处理。在中学物理中,为避免作用力和单位面积作用力的混淆,一般不用压力来表示压强。

②应力和压强

物体由于外因或内因而变形时,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:

1.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

2.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。

3.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。

4.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”。

单位换算编辑本段回目录

压强压强
在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕,即牛顿/米2。压强的常用单位有巴、标准大气压、托、千克力/厘米2、毫米水银柱等等。压强单位帕斯卡(Pa)巴(bar)工程大气压(at)标准大气压(atm)托(torr)磅每平方英寸(psi)
1Pa≡1N/m²=10−5bar≈10.197×10−6at≈9.8692×10−6atm≈7.5006×10−3Torr≈145.04×10−6psi
1bar=100000Pa≡106dyn/cm²≈1.0197at≈0.98692atm≈750.06Torr≈14.504psi
1at=98066.5Pa=0.980665bar≡1kgf/cm²≈0.96784atm≈735.56Torr≈14.223psi1atm=101325Pa=1.01325bar≈1.0332at≡101325Pa=760Torr≈14.696psi
1Torr≈133.322Pa≈1.3332×10−3bar≈1.3595×10−3at≈1.3158×10−3atm≡1mmHg≈19.337×10−3psi
1psi≈6894.76Pa≈68.948×10−3bar≈70.307×10−3at≈68.046×10−3atm≈51.715Torr≡1lbf/in²

液体压强编辑本段回目录

压强压强装置
(1)产生原因

由于液体受到重力作用,且具有流动性,所以液体对容器底和容器侧壁有压强,液体内部向各个方向都有压强。

(2)特点

液体对容器底和侧壁有压强,液体内部向各个方向都有压强。液体的压强随深度增加而增大;在同一深度,液体向各个方向的压强相等;不同液体的压强还跟密度有关。

(3)液体压强的计算公式p=ρ液gh的推导过程可以按下面的步骤思考:1。这个液柱的体积是多大?
v=Sh

2。这个液柱的质量是多大?
m=pV=pSh

3。这个液柱有多重?对平面的压力是多少?
F=G=mg=pgSh

4。平面受到的压强是多少?p=F/S=pgh因此,深度为h处液体的压强为p=pgh

(4)计算

液体压强的计算公式是p=ρ液gh

式中ρ为液体密度,单位用kg/m3(千克/立方米);g=9。8N/kg(一般不做要求时缩略为g=10N/kg);h是液体内某处的深度,单位用m;p为液体压强,单位用Pa。

由公式p=ρgh可知,液体的压强大小只跟液体的密度ρ、深度h有关,跟液体重体积底面积大小等其他因素都无关。由公式p=ρgh还可归纳出:当ρ一定,即在同一种液体中,液体的压强p与深度h成正比;在不同的液体中,当深度h相同时,液体的压强p与液体密度ρ成正比。也可根据压强公式P=F/s求得。

大气压强编辑本段回目录

压强大气压强
大气压强  

地面上空气的范围极广,常称“大气”。离地面200公里以上,仍有空气存在。虽其密度很小,但如此高的大气柱作用于地面上的压强仍然极大。人体在大气内毫不感觉受到气压的压迫,这是因为人体的内外部同时受到气压的作用且恰好都相等的缘故。

从地球表面延伸至高空的空气重量,使地球表面附近的物体单位面积上所受的称为“大气压强”。大气压强的测量通常以水银气压计的水银柱的高来表示。地面上标准大气压约等于76厘米高水银柱产生的压强。由于测量地区等条件的影响,所测数值不同。根据液体压强的公式P=ρgh,水银的密度是13.6×103千克/米3,因此76厘米高水银柱产生的压强是P=13.6×103千克/米3×9.8牛顿/千克×0.76米=1.013×105牛顿/米2=1.013×100000帕斯卡=1amt=1mmHg。

1.大气压强

大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压或气压

①大气压强是指地球上某个位置的空气产生的压强地球表面的空气受到重力作用,由此而产生了大气压强.地球上面的空气层密度不是相等的,靠近地表层的空气密度较大,高层的空气稀薄,密度较小.大气压强既然是由空气重力产生的,高度大的地方,它上面空气柱的高度小,密度也小,所以距离地面越高,大气压强越小.通常情况下,在2千米以下,高度每升高12米,大气压强降低1毫米水银柱.

②气体和液体都具有流动性,它们的压强有相似之处、大气压向各个方向都有,在同一位置各个方向的大气压强相等.但是由于大气的密度不是均匀的,所以大气压强的计算不能应用液体压强公式.

③被密封在某种容器中的气体,其压强是大量的做无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞而产生的.它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的.

2.大气压产生的原因

地球周围包着一层厚厚的空气,它主要是由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和氦、氖、氩等气体混合组成的,通常把这层空气的整体称之为大气.它上疏下密地分布在地球的周围,总厚度达1000千米,所有浸在大气里的物体都要受到大气作用于它的压强,就像浸在水中的物体都要受到水的压强一样.

大气压产生的原因可以从不同的角度来解释.课本中主要提到的是:空气受重力的作用,空气又有流动性,因此向各个方向都有压强.讲得细致一些,由于地球对空气的吸引作用,空气压在地面上,就要靠地面或地面上的其他物体来支持它,这些支持着大气的物体和地面,就要受到大气压力的作用.单位面积上受到的大气压力,就是大气压强;第二,可以用分子运动的观点解释(分子运动论的知识将来初三会学到).因为气体是由大量的做无规则运动的分子组成,而这些分子必然要对浸在空气中的物体不断地发生碰撞.每次碰撞,空气分子都要给予物体表面一个冲击力,大量空气分子持续碰撞的结果就体现为大气对物体表面的压力,从而形成大气压.若单位体积中含有的分子数越多,则相同时间内空气分子对物体表面单位面积上碰撞的次数越多,因而产生的压强也就越大.利用分子运动论的观点可以解释:为什么大气层不均匀分布,能造成大气压下高上低的现象.

4.气体压强与体积的关系

这里所说的气体压强并不是指大气压强,而是指一定质量的气体的压强.

由于气体的压强实质上是大量的做无规则运动的气体分子与容器壁不断碰撞而产生的,因此当其他条件不变的情况下,气体体积减小会使气体分子与容器壁碰撞的次数增多而使压强增大.

在温度不变时,一定质量的气体体积越小,压强越大;体积越大,压强越小.

5.沸点与大气压的关系

实验表明,一切液体的沸点,都是气压减小时减小,气压增大时增大,同种液体的沸点不是固定不变的.说水的沸点是100℃必须强调是在标准大气压下.由于气压随高度增加,所以水的沸点随高度降低,例如:海拔1000米处水沸点约105℃,3千米处约97℃,在海拔8848米的珠穆朗玛峰顶,水很难沸腾,因而在高山上烧饭要用不漏气的高压锅,锅内气压可以高于标准大气压,使沸点高于100℃,不但饭熟得快,还可以节省燃料

8.标准大气压强

大气压强不但随高度变化,在同一地点也不是固定不变的,通常把1.01325×10/5(次幂)Pa的大气压强叫做标准大气压强。它相当于760mm水银柱所产生的压强。标准大气压强的值在一般计算中常取1.01×10/5(次幂)Pa(101Pa),在粗略计算中还可以取作10/5(次幂)Pa(100KPa)。

9.大气压强与海拔高度

在海拔3000m之内,每上升10m大气压强约减小100Pa,每上升12m大气压强约减小1mmHg。

相关实验编辑本段回目录

压强托里拆利实验
托里拆利实验

托里拆利实验测出了大气压强的具体数值.,在长约1m、一端封闭的玻璃管里灌满水银,将管口堵住,然后倒插在水银槽中,放开堵管口的手指时,管内水银面下降一些就不再下降,这时管内外水银面的高度差为760mm.

管内留有760mm高水银柱的原因正是因为有大气压的存在.由液体压强的特点可知,水银槽内液体表面的压强与玻璃管内760毫米水银柱下等高处的压强应是相等的.水银槽液体表面的压强为大气压强,由于玻璃管内水银柱上方是真空的,受不到大气压力的作用,管内的压强只能由760mm高的水银柱产生.因此,大气压强银760毫米高水银产生的压强相等.

通常情况下,表示气体压强的常用单位有帕斯卡、毫米水银柱(毫米柱)、厘米水银柱(厘米汞柱)、标准大气压,它们的符号分别是pa、mmhg、cmhg、atm.

相关说明编辑本段回目录

不少学科常常把压强叫做压力,同时把压力叫做总压力。这时的压力不表示力,而是表示垂直作用于物体单位面积上的力。所以不再考虑力的矢量性和接触面的矢量性,而将压力作为一个标量来处理。
在中学物理中,为避免作用力和单位面积作用力的混淆,一般不用压力来表示压强。

应力和压强

物体由于外因或内因而变形时,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。

压强不是矢量

既然压强是胁强的一种,这已经说明压强不是矢量了.对此,还可以进一步说明如下:取包含物体内任一点O的面元ds,任意力F或dF作用在该面元上,与面元的法线方向夹角,如图(2).力F对面元ds产生的压强是F在ds的法冋分量与ds的比值Fy/ds,F在与ds平行方向的分量Fx对面元ds说来是切强(切胁强).再取包含O点在内的与ds正交的面元ds',不难看出,这时FY/ds’是切强,Fx/ds’是压强。这说明:同一力作用在同一点上,由于所取面元的方位不同,产生的效果也不一样,就是说压强与所取面元的方向有关.于是,在研究压强时不仅要考虑力的方向,还应该确定面的方向;通常取面元的正法线方向为面的方向,这样,面也是矢量.

由公式F=pS可知:F是矢量,S(ds)也是矢量,且F的方向与S的方向总是一致的,p必然不能是矢量.因为如果P也是矢量,则P与S的乘压强不是矢量,其实也不是标量.因为决定胁强的力和面积都是矢量,每个矢量都有三个分量.在弹性力学中,胁强是由力和面积决定的量有九个分量的量,称为张量。而压强则是张量中最简单的一个量,关于张量的概念和运算,已超出中学物理的范围,我们在此从略.

帕斯卡的科学贡献 编辑本段回目录

压强帕斯卡
帕斯卡是法国数学家、物理学家。他没有受过正规的学校教育,但由于有良好的家庭教育,加上他自己聪明好学,因此语文学得很好,数学也学得很出色。16岁时参加了巴黎数学家和物理学家小组的学术活动,并发表了一篇有关圆锥曲线的出色论文,这篇论文使年轻的帕斯卡名声大震,正式踏进了法国学术界的大门,取得了一个又一个的成果。

帕斯卡在物理学方面的主要成就是对流体静力学和大气压强的研究。1653年发现了液体传递压强的规律,但到1663年(他死后的一年)才正式发表。他还指出盛有液体的容器的器壁上所受的压强也仅跟深度有关。他还做了大气压强随高度变化及虹吸现象等实验。

帕斯卡对文学也极有造诣,对法国文学颇有影响。1962年,世界和平理事会曾推荐帕斯卡为被纪念的世界文化名人之一。

由于过度劳累,帕斯卡39岁就病逝于巴黎。为了纪念帕斯卡,用他的名字来命名压强的单位——帕斯卡,简称“帕”。

帕斯卡简介编辑本段回目录

帕斯卡(BlaisePascal,1623—1662)法国数学家、物理学家、哲学家、散文家、发明家,1623年6月9日,出生于克莱蒙费朗。帕斯卡从小就表现出对科学的浓厚兴趣,16岁时,帕斯卡写了一篇《圆锥曲线之几何》,提出了圆锥曲线内接六边形其三对边的交点共线的重要定理(后称“帕斯卡定理”),并从该定理出发,导出了许多推论。

1641年,帕斯卡随父迁居鲁昂,他父亲是税官,需作大量的计算,极耗精力。帕斯卡苦思冥想,多次试验,为他父亲设计了一种加法器,大大地提高了效率。这是人类第一架机械数学计算器。

1646年前后,帕斯卡皈依了宗教教义,成为一个虔诚的宗教圣徒。但他对科学研究仍保持了浓厚的兴趣。帕斯卡改良了气压计,验证了托里拆利的实验,并且仔细研究了真空,总结并更正了前人对真空的看法,于1647—1648年间,发表了有关真空问题的论文,大大地提高了他的声誉。帕斯卡用气压计测定了各处大气压的值,发现大气压随高度而变化,证实了大气压是由大气层的重量而产生

1647年,帕斯卡重新回到巴黎,他长期劳累,体质很差,医生要他休息;但是,内心永远骚动不安,力求彻底和无限的帕斯卡,从来就没有停止“全真全善”的科学研究。他发表了有关溶液平衡,空气密度和重量,三角学等许多内容;他研究了代数式中二项式展开的系数规律(西方称“帕斯卡三角”中国称“杨辉三角”);他发明了注射器;他做了“裂桶实验”,证明了液体内部压强P=ρgh;同时,他还研究了液体传递外部压强的规律,1653年,他在《液体平衡的论述》一文中,阐述了液体传递压强的规律:加在密闭液体上的压强,能够大小不变地被液体向各个方向传递。并由此研制了水压机,进而阐明了连通器的原理,并用物体浸在水中上下压力差说明了浮力的大小;他的最后一篇文,是关于概率计算的,于是,他和费尔马(法国,1601—1665),惠更斯(荷兰,1629—1695)一起奠定了概率论的数学理论基础。

1655年,帕斯卡进入与世隔绝的神学中心——巴黎附近的披特垒阿尔。1662年,忧郁而深思的帕斯卡与世长辞,年仅39岁。后人为了纪念帕斯卡在科学上的贡献,就把压强的单位牛顿/米2命名为帕斯卡:1帕斯卡=1牛顿/米2。

相关词条编辑本段回目录

参考资料编辑本段回目录

[1] 科学新课程 http://kx.kpcn.org/index.asp

[2] 物理教育网 http://www.wuli.com.cn/

[3] 中国课件站 http://www.cnkjz.com/download.asp?yid=41091

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