經典力學:液體壓強

2020-12-12 蝸牛談原理

一、液體壓強的產生

1.液體由於受到重力的作用,因而對容器底部有壓強,且與重力有密切關係示。

2.液體由於沒有固定的形狀,能流動,因而對容器側壁也有壓強。

3.液體壓強的測量及原理。

①.測量:用液體壓強計來測量液體內部的壓強。

②.原理:當探頭上的橡皮膜受到壓強時,U形管兩邊液面出現高度差,兩邊高度差表示壓強的大小,壓強越大,液面高度差也越大。

二、液體壓強的特點

單一變量對比實驗是常用的實驗方法

1.液體對容器底和側壁都有壓強,液體內部向各個方向都有壓強。

2.液體的壓強隨深度的增加而增大。

3.在同一深度,液體向各個方向的壓強相等。

4.不同液體的壓強還跟液體的密度有關。

三、液體壓強的計算公式

1.液體壓強的計算公式:p=ρ液gh。

2.使用液體壓強公式應注意的問題

①.利用p=ρgh計算液體壓強的時候,ρ的單位要用kg/m3,h的單位要用m,g=9.8N/kg,計算出的壓強單位才是Pa。

②.在液體壓強公式中h表示深度,而不是高度,深度和高度這兩個概念是有區別的:深度是指從液體的自由面到液體內某一點之間的豎直距離,即深度是由上往下量的;而高度是指液體中某一點到底部的豎直距離,即高度是由下往上量的。正確判斷出h的大小是計算液體壓強的關鍵。

③.從液體壓強公式p=ρgh可以看出,公式中的壓強是液體由於自身重力產生的壓強,它不包括液體受到的外加壓強。由於g是常數,所以壓強只與液體密度ρ和深度h有關,而與液體的體積和重力沒有關係,與容器的形狀也無關。

四、液體對平底容器的壓力

液體內部的壓強是向四面八方傳遞的

由於液體具有流動性,靜止在水平放置的容器中的液體,對容器底的壓力不一定等於液體的重力,只有當容器是柱形時,容器底的壓力才等於液體的重力。底小口大的容器底受到的壓力小於液體的重力,底大口小的容器底受到的壓力大於液體的重力。液體對容器底的壓力F=pS=ρghS,而Sh的含義是以容器底為底、以液體深度為高的柱體的體積,即V柱=Sh,所以F=pS=ρghS=ρgV柱=m柱g=G柱,G柱的含義為以V柱為體積的那部分液體的重力。

結論:水平放置的盛有液體的平底容器所受液體的壓力(不考慮液面上的大氣壓或作用在液面上的其他力時),其大小等於橫截面積為容器底面積,高度為液體深度的液柱所受的重力,與容器形狀無關。

五、固體壓強與液體壓強的比較

壓強是初中物理中的一個重要概念。由於固體和液體物理性質的不同,導致它們產生的壓強在有關規律上有所不同,在應用中極易混淆。現結合實例辨析如下:

1.固體壓強只能在某一方向上產生;液體由於具有流動性,其產生的壓強向各個方向都有。2.在平衡狀態下,加在固體上的壓力只能沿力的方向、大小不變地傳遞(如手壓圖釘);加在密閉液體上的壓強能夠大小不變地向各個方向傳遞(如油壓千斤頂)。

3.在解有關固體壓強的問題時,若滿足特定條件:

①.物體在水平面上,且受力面積是該物體的底面積;

②.該物體體積等於底面積乘以高(如圓柱體、長方體等);

③.固體應是一均勻物體,密度一定。這樣也可以靈活運用液體壓強公式p=ρgh來求壓強,簡化計算。

六、壓強定義式和液體內部壓強公式的比較

1.p=F/S,:p=F/S是壓強的定義式,也是壓強的計算公式,無論對固體、液體,還是氣體都是適用的,常用來計算固體壓強,計算順序是先壓力(常見F=G=mg)後壓強p=F/S。

2. p=ρgh:p=ρgh是通過公式p=F/S結合液體的具體特點推導出來的,適用於密度均勻柱狀固體和靜止不流動的任何液體,對其他固體、氣體、流動的液體不適用,常用來計算液體壓強,計算順序是先壓強(p=ρgh)後壓力(F=pS)。

七、連通器

連通器原理水庫的應用。

1.定義:上端開口、底部連通的容器。

2.特點:靜止在連通器內的同一種液體,各部分直接與大氣接觸的液面總是保持在同一高度。

3.原理:連通器的原理可用液體壓強來解釋。若在U形玻璃管中裝有同一種液體,在連通器的底部正中設想有一個小液片AB。假如液體是靜止不流動的,左管中的液體對液片AB向右側的壓強一定等於右管中的液體對液片AB向左側的壓強。因為連通器內裝的是同一種液體,左右兩個液柱的密度相同,根據液體壓強的公式p=ρgh可知,只有當兩邊液柱的高度相等時,兩邊液柱對液片AB的壓強才能相等,所以,在液體不流動的情況下,連通器內各容器中的液面應保持相平。

八、帕斯卡原理

帕斯卡原理的應用,千斤頂。

1.帕斯卡實驗1648年,帕斯卡曾經做了一個著名的實驗。在一個密閉的裝滿水的木桶的桶蓋上,插入一根細長的管,並從樓房的陽臺上向細管子裡灌水,結果只用了幾杯水,竟把木桶壓裂了,桶裡的水從裂縫中流了出來。

2.帕斯卡原理的內容加在密閉液體上的壓強能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞,這個規律被稱為帕斯卡原理。

3.帕斯卡原理的應用液壓系統和液壓機的工作原理都是帕斯卡原理。液壓千斤頂的小活塞與槓桿相連,因此,只要對槓桿施加較小的作用力,就可以頂起一輛小汽車。

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