物理學上,把壓力與受力面積的比叫做壓強,定義式是p=F/S,壓力一定,壓強與受力面積成反比;受力面積一定,壓強與壓力成正比。所以,p=F/S也是壓強的決定式。對固體、液體、氣體對支撐面的壓強都可利用該式計算,所以,p=F/S也是壓強的一般式。
從液麵向下在液體中取一個橫截面積為S,高為h的液柱,設液體的密度為ρ,則
液柱的體積V=Sh
液柱的質量m=ρV=ρSh
液柱的重力G=mg=ρShg
液柱對下面液體的壓力F=G=ρShg
液柱對下面液體的壓強p=F/S=ρShg/S=ρgh
因為液體內部向各個方向的壓強都相等,從上面的推證可以看出,p=ρgh雖然是液體向下的壓強,但適用於計算液體內某一深度向各個方向的壓強。另外,因為p=ρgh是由p=F/S推出的,計算液體壓強用p=ρgh一般會更簡便,所以,大家一定記住處理液體壓強問題:優先考慮液體公式p=ρgh。
例題:將一未裝滿水密閉的礦泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,如圖所示。瓶蓋的面積是8cm²,瓶底的面積是28cm²,瓶重和厚度忽略不計(g取10N/kg)。求:
(1)倒立放置時,瓶蓋所受水的壓力和壓強;
(2)倒立放置時,礦泉水瓶對桌面的壓強。
解析:(1)注意到瓶蓋受到的壓力和壓強是由水產生的,屬於液體壓力壓強問題,所以,先用p=ρgh求壓強,再用F=pS求壓力。
倒立放置時,瓶蓋受到水的壓強p1=ρgh1=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.13m=1.3×10³Pa
瓶蓋受到水的壓力F1=p1S1=1.3×10³Pa×8×10-4m²=1.04N
(2)礦泉水瓶對桌面的壓強雖然由瓶子和水共同產生,但直接對桌面施加壓力的是瓶子,是固體。而計算固體壓強的唯一方法是使用公式p=F/S。
瓶中水的體積V=S2h2=28×10-4m²×0.1m=2.8×10-4m³
水的質量m=ρV=1.0×10³kg/m³×2.8×10-4m³=0.28kg
水的重力G=mg=0.28kg×10N/kg=2.8N
礦泉水瓶對桌面的壓力F2=G=2.8N
倒立放置時,礦泉水瓶對桌面的壓強p2=F2/S1=2.8N/8×10-4m²=3500Pa
需注意的是,特殊情況下,用p=F/S處理液體壓強問題可能更方便,舉個簡單的例子,在燒杯中裝有半杯水,現在往杯中加入酒精並不斷攪動,液體對杯底的壓強如何變化?
明顯是液體壓強問題,但水中加入酒精後密度減小,而深度增大,利用p=ρgh難以判斷液體對杯底的壓強如何變化。但用p=F/S,問題就簡單了。因為加入酒精後,液體總重增大,對杯底的壓力增大,而底面積不變,所以,液體對杯底的壓強增大。需注意的是,容器必須是柱形的。
物理學上,把壓力與受力面積的比叫做壓強,定義式是p=F/S,壓力一定,壓強與受力面積成反比;受力面積一定,壓強與壓力成正比。所以,p=F/S也是壓強的決定式。對固體、液體、氣體對支撐面的壓強都可利用該式計算,所以,p=F/S也是壓強的一般式。
從液麵向下在液體中取一個橫截面積為S,高為h的液柱,設液體的密度為ρ,則
液柱的體積V=Sh
液柱的質量m=ρV=ρSh
液柱的重力G=mg=ρShg
液柱對下面液體的壓力F=G=ρShg
液柱對下面液體的壓強p=F/S=ρShg/S=ρgh
因為液體內部向各個方向的壓強都相等,從上面的推證可以看出,p=ρgh雖然是液體向下的壓強,但適用於計算液體內某一深度向各個方向的壓強。另外,因為p=ρgh是由p=F/S推出的,計算液體壓強用p=ρgh一般會更簡便,所以,大家一定記住處理液體壓強問題:優先考慮液體公式p=ρgh。
例題:將一未裝滿水密閉的礦泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,如圖所示。瓶蓋的面積是8cm²,瓶底的面積是28cm²,瓶重和厚度忽略不計(g取10N/kg)。求:
(1)倒立放置時,瓶蓋所受水的壓力和壓強;
(2)倒立放置時,礦泉水瓶對桌面的壓強。
解析:(1)注意到瓶蓋受到的壓力和壓強是由水產生的,屬於液體壓力壓強問題,所以,先用p=ρgh求壓強,再用F=pS求壓力。
倒立放置時,瓶蓋受到水的壓強p1=ρgh1=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.13m=1.3×10³Pa
瓶蓋受到水的壓力F1=p1S1=1.3×10³Pa×8×10-4m²=1.04N
(2)礦泉水瓶對桌面的壓強雖然由瓶子和水共同產生,但直接對桌面施加壓力的是瓶子,是固體。而計算固體壓強的唯一方法是使用公式p=F/S。
瓶中水的體積V=S2h2=28×10-4m²×0.1m=2.8×10-4m³
水的質量m=ρV=1.0×10³kg/m³×2.8×10-4m³=0.28kg
水的重力G=mg=0.28kg×10N/kg=2.8N
礦泉水瓶對桌面的壓力F2=G=2.8N
倒立放置時,礦泉水瓶對桌面的壓強p2=F2/S1=2.8N/8×10-4m²=3500Pa
需注意的是,特殊情況下,用p=F/S處理液體壓強問題可能更方便,舉個簡單的例子,在燒杯中裝有半杯水,現在往杯中加入酒精並不斷攪動,液體對杯底的壓強如何變化?
明顯是液體壓強問題,但水中加入酒精後密度減小,而深度增大,利用p=ρgh難以判斷液體對杯底的壓強如何變化。但用p=F/S,問題就簡單了。因為加入酒精後,液體總重增大,對杯底的壓力增大,而底面積不變,所以,液體對杯底的壓強增大。需注意的是,容器必須是柱形的。