压力与压强

压力

压力定义

垂直作用在物体表面上的力叫做压力。

压力的特点

压力的方向：垂直于接触面，指向被压物体
压力的作用点：在接触面上
压力的大小：取决于挤压程度

压力与其反作用力的演示

推力: 0 N

0 (N)100 (N)200 (N)

压力与重力的区别

压力与重力的关系

因物体有重力会挤压其下面的物体，由此产生压力
只有当物体不受其他外力的情况下，静止在水平面上时，压力才等于重力（物体对水平面的压力与它受到的重力的大小和方向相同）

水平面上物体的重力与产生的压力的演示

向上拉力 (F_拉):0 N

状态：平衡静止

压力与重力的对比

	压力	重力
定义	垂直作用在物体表面的力	地球对物体的吸引力
施力物体	接触的、产生挤压的物体	地球
方向	垂直于接触面指向被压物体	竖直向下
作用点	接触面上	重心

初学者容易把压力和重力混淆的原因

看看自己有没有因为下面的原因而混淆压力与重力：

对“力”的理解往往还停留在“沉不沉”的直觉上
对于物体静止在水平面上这种常见的场景，压力和重力的大小和方向都相同，容易产生它们是同一个力的错觉

根据下面的事实来破除这种错觉：

压力不一定是由重力产生的（比如手按墙）。
即使压力是由重力引起的，它也不一定与重力大小相等、方向相同（比如斜面）。

打破重力即压力错觉的小实验：

实验一
- 操作：用手指水平顶住一块橡皮擦，使其静止在竖直的课本上。
- 问题：此时橡皮对课本的压力方向是朝向哪里？重力呢？
实验二
- 操作：将一本书平放在手上，感受压力；然后另一只手用力向下按这本书。
- 问题：书的重力变了吗？你手感受到的压力变了吗？

区分压力与重力的小窍门

看“方向”：压力的方向永远「垂直于接触面」，重力的方向永远「竖直向下」
看“源头”：是接触的、产生挤压的物体（压力），还是地球（重力）

压力与重力的关系与区别的演示

下面的演示图片中，绿色箭头表示方块所受的重力，红色箭头表示方块对 L 形容器两个面的压力。通过旋转 L 形容器，我们可以观察这两种力随旋转角度的变化，从而可以更好地理解下面几个问题：

压力与重力方向的区别
压力与重力大小的区别
压力与重力作用点的区别
物体间存在只接触而没有压力的情况

旋转角度: 0°

压强 (pressure)

压强定义

🎯 物体所受压力的大小与受力面积之比叫作压强。

公式

$p = \frac{F}{S}$

$p$ ：压强
$F$ ：压力
$S$ ：受力面积

物理意义

压强是表示压力作用效果的物理量。压强越大，压力的作用效果越明显。

压强的单位

国际单位：帕斯卡 (pascal)，简称帕，符号 $Pa$
$1 Pa = 1 {N/m}^{2}$
常用单位还有： $kPa$ （千帕）、 $MPa$ （兆帕）

增大和减小压强的方法

增大压强的方法 ( $F$ ⤴️ $S$ ⤵️)

增大压力：在受力面积不变时，增大压力可以增大压强
减小受力面积：在压力不变时，减小受力面积可以增大压强

应用实例：

针尖做得很尖——减小受力面积
图钉的钉尖很尖——减小受力面积
菜刀的刀刃磨得很薄——减小受力面积

减小压强的方法 ( $F$ ⤵️ $S$ ⤴️)

减小压力：在受力面积不变时，减小压力可以减小压强
增大受力面积：在压力不变时，增大受力面积可以减小压强

应用实例：

骆驼的脚掌很大——增大受力面积
坦克的履带很宽——增大受力面积
书包的背带做得较宽——增大受力面积
铁轨下面铺枕木——增大受力面积

液体压强

液体压强的特点

液体对容器底和容器壁都有压强
液体内部向各个方向都有压强
在同一深度，液体向各个方向的压强相等
液体压强随深度的增加而增大
液体的压强还与液体的密度有关，在深度相同时，液体密度越大，压强越大

微小压强计

结构：探头，橡胶膜，U 形玻璃管
使用方法
1. 按压探头上的橡胶膜，观察 U 形管两侧液面高度差是否发生变化，以检查是否漏气
2. 将探头放入液体中，U 形管两侧液面高度差表示压强大小

液体压强的大小

公式

$p = ρ g h$

$p$ ：液体压强
$ρ$ ：液体密度
$g$ ：重力加速度
$h$ ：液体深度（从液面到该点的竖直距离）

液体压强公式推导

要想得到液面下某处的压强，可以设想这里有一个水平放置的“平面”。这个平面上方的液体组成了一个竖直液柱，该液柱对平面的压力等于液柱所受的重力。

在上图中，设液柱的高度为 $h$ 、平面的面积为 $S$ ，则这个平面上方的液柱对平面的压力

$F = G = m g = ρ V g = ρ S h g$

平面受到的压强

$p = \frac{F}{S} = ρ g h$

帕斯卡裂桶实验

实验的意义

在此之前，人们往往直觉地认为压强的大小取决于液体的重量。帕斯卡通过实验证明：液体的压强只与液体的深度（高度）有关，而与液体的质量、总体积或容器的形状无关。即使细管中水的总重量很轻，但由于高度 $h$ 非常大，产生的压强足以破坏木桶。
实验直观地体现了液体的压力传递特性。

帕斯卡定律

密闭液体上的压强能够大小不变地由液体向各个方向传递。

连通器

连通器定义

上端开口、下端连通的容器叫作连通器。

证明：如果连通器内装有相同的液体，液体不流动时，连通器各部分容器中液面的高度总是相同的。

想象在连通器底部液体中有一个竖直方向的很薄的液片，我们把它作为研究对象。液片两侧受到的压力分别是 $F_{1}$ 和 $F_{2}$ ，液片静止时，由二力平衡可知 $F_{1} = F_{2}$ 。设液体密度为 $ρ$ 、液片面积为 $S$ 、连通器两侧液面的高度分别为 $h_{1}$ 和 $h_{2}$ ，则 $ρ g h_{1} S = ρ g h_{2} S$ ，由此可得 $h_{1} = h_{2}$ 。这表明当液体不流动时，连通器各部分容器中液面的高度总是相同的。

连通器的应用

烧水壶
洗手池 U 型存水弯
锅炉水位计
透明软管找平【连通器原理《银河补习班》-认识连通器原理应用的最好的视频】
船闸

船闸工作原理

大气压强

大气压强定义

大气对浸在它里面的物体产生的压强叫做大气压强，简称大气压。

大气压的测量

托里拆利实验：测出标准大气压约为 $1.013 \times 10^{5} Pa$
标准大气压：等于 $760 mm$ 高水银柱产生的压强

大气压的应用

吸盘挂钩
胶头滴管
活塞式抽水机
离心式抽水泵
吸管喝水

流体压强与流速的关系

在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小。

向下吹气时，两张纸向中间靠拢

飞机的升力

生活中的应用

固定翼飞机
赛车的气流偏导器
水翼船
喷雾器

对生活的影响

窗帘因沿着墙面吹过的风飘向窗外
在高铁站人越过安全线，即使与车辆保持一定的距离，也是非常危险的
大风天气会把不结实的房顶吹走，虽然风没有从屋里向上吹房顶
大风天气还会造成安装不牢固的玻璃窗向外脱落
同向高速行驶的船只靠近时容易相撞

常见压强数值

情景	压强大约值
一张报纸平放对桌面的压强	$0.5 Pa$
人站立时对地面的压强	$1.5 \times 10^{4} Pa$
标准大气压	$1.01 \times 10^{5} Pa$
坦克对地面的压强	$3 \sim 4 \times 10^{4} Pa$

压力与压强 ​

压力 ​

压力的特点 ​

压力与其反作用力的演示 ​

压力与重力的区别 ​

压力与重力的关系 ​

水平面上物体的重力与产生的压力的演示 ​

压力与重力的对比 ​

初学者容易把压力和重力混淆的原因 ​

区分压力与重力的小窍门 ​

压力与重力的关系与区别的演示 ​

压强 (pressure) ​

物理意义 ​

压强的单位 ​

增大和减小压强的方法 ​

增大压强的方法 (F ⤴️ S ⤵️) ​

减小压强的方法 (F ⤵️ S ⤴️) ​

液体压强 ​

液体压强的特点 ​

液体压强的大小 ​

连通器 ​

连通器的应用 ​

大气压强 ​

大气压的测量 ​

大气压的应用 ​

流体压强与流速的关系 ​

飞机的升力 ​

生活中的应用 ​

对生活的影响 ​

常见压强数值 ​