压力

(物理术语)

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物理学上的压力,是指发生在两个物体的接触表面的作用力,或者是气体对于固体和液体表面的垂直作用力,或者是液体对于固体表面的垂直作用力。(物体间由于相互挤压而垂直作用在物体表面上的力,叫作压力。)例如足球对地面的力,物体对斜面的力,手对墙壁的力等。习惯上,在力学和多数工程学科中,“压力”一词与物理学中的压强同义。
压力的方向是垂直于接触面,并指向被压物体(注意:“垂直”与“竖直”意义不同),产生条件是物体之间接触且发生相互挤压 [1] 
中文名
压力
外文名
pressure
表达式
F=pS
应用学科
物理
适用领域范围
力学
作用点
在被压物体的表面上
方    向
垂直于接触面,并指向被压物体
产生条件
物体之间接触且发生相互挤压
施力物体
被支持物体
受力物体
被压物体
性    质
弹力

压力产生机理

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固体表面的压力通常是弹性形变的结果,一般属于接触力。液体和气体表面的压力通常是重力分子运动的结果。压力的作用方向通常垂直于物体的接触面。如果观测到压力的作用方向与接触面并不垂直,通常是由于压力和摩擦力共同作用的结果。
U型压力计
U型压力计(3张)

压力特点

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1.作用方向与作用面积垂直并与作用面积的外法线方向相反;
2.压力一定时,受力面积越小,压力作用效果越显著;
3.受力面积一定时,压力越大,压力作用效果越显著。

压力计算公式

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压力=压强×受力面积(F=pS)。

压力主要单位

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压力压力

国际单位:“牛顿”,简称“牛”,符号“N”。

压力压强

国际单位:“帕斯卡”,简称“帕”,符号“Pa ”;
换算:1帕(Pa)=1N/㎡;
1兆帕(MPa)=145磅/平方英寸(psi)=10.2千克力/平方厘米(kgf/c㎡)=10巴(bar)=9.8大气压(at m)
1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/平方厘米(kg/c㎡)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(atm);
1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=14.503磅/平方英寸(psi)=1.0197千克/平方厘米(kg/c㎡)=0.987大气压(atm);
1大气压(at m)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/平方英寸(psi)=1.0333千克/平方厘米(kg/c㎡)=1.0133巴(bar);
1毫米汞柱(mmHg)=133.33帕(Pa);
在工程中几种常见压力单位换算关系如下:
1MPa=106Pa≈145psi≈10.2kgf/cm²
1kgf/cm²=98.067kPa≈98kPa
1psi(1bf/in²)=6.8948kPa≈6.9kPa
1mmH2O=9.8067Pa≈9.8Pa

压力流体的压力

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流体在任意一点的受力状态都可以用应力张量来表示。应力张量总共有9个分量,表示为:
其中σx,σy,σz分别是流体的其余部分对流体内的体积元在x,y,z方向的正应力;
,
,
,
,
,
是6个剪应力。

压力静止流体与理想流体

如果流体处于静止状态,或虽处于运动状态但流体是理想的(即可以忽略其粘性),则6个剪应力分量都等于零,只有σx,σy,σz不等于零。σx,σy,σz都是以受力面的外法线为其正向,而压力的正向恰好与之相反,可以证明:σx=σy=σz=-p,即静止流体或理想流体的压力等于任一方向正应力的负值。

压力粘性流体

对于运动的粘性流体,6个剪应力分量不会同时等于零,这时在斯托克斯假设(见粘性)成立的条件下,压力定义为:
即压力的大小等于所考察点三个正应力的平均值。可以证明它也是考察点所有方向上法应力的平均值。
通常把作用在1平方厘米上的单位作用力(1克力)作为压力的单位。但是,在实际应用时它失之过小,工业上采用的压力单位是千克力/厘米。在海平面上的大气压力为pA=1 033克力/厘米2,与工业上采用的压力单位比较接近。国际单位制(SI)中的压力单位是帕斯卡(Pascal,简称Pa),1帕斯卡=1牛顿/平方米。

压力与温度体积的关系

流体的压力与温度、体积等有密切的关系。例如理想气体服从以下的状态方程:
pv=RT,
式子中p为压力;υ为单位质量气体的体积;T为热力学温度;R为气体常数,等于287.14米/(秒2·开)。

压力易错理解

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  1. 压力是与物体形变相关联的一种弹力。
  2. 压力发生在相互接触并挤压的两个物体之间。压力是一种接触力,任何彼此分离的两个物体间不可能产生压力,相互接触的物体间没有挤压作用也不会产生压力。
  3. 压力的方向总是与物体的接触面垂直,并指向被压物体。
  4. 重力可以使物体产生压力,但压力并不是重力,压力有时与重力无关。

压力压力与重力

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(1)压力是由于相互接触的两个物体互相挤压发生形变而产生的,按照力的性质划分,压力属于弹力;重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引作用而产生的,属于引力。
(2)压力的方向没有固定的指向,但始终和受力物体的接触面相垂直。(因为接触面可能是水平的,也可能是竖直或倾斜的)重力有固定的指向,总是竖直向下。
(3)压力可以由重力产生也可以与重力无关。当物体放在水平面上且无其他外力作用时,压力与重力大小相等。当物体放在斜面上时,压力小于重力。当物体被压在竖直面上时,压力与重力有时无关。 [1]  当物体被举起且压在天花板上时,重力削弱压力的作用。
(4)压力的作用点在物体受力面上,重力的作用点在物体重心,规则的均匀的几何体的重心在物体的几何中心。
压力与重力的对比
  
项目压力重力
施力物体被支持物体地球
受力物体被压物体物体自身
力的方向垂直于接触面,并指向被压物体竖直向下
力的大小与挤压程度有关
力的性质弹力引力
力可以使物体产生形变。例如,用木棒从各个角挤压面团,可看到,当木棒离开后,面团上留下一个个的凹坑,这种使面团发生凹陷形变的力为压力。
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。在工程上压力和压强叫法有时不严格区分,但是在具体计算时绝对不是一个物理量,这种叫法是错误的或至少是不规范的,它们一个是标量一个是矢量,绝不等同。只是在看工程类的书籍或文件的时候要知道有这么一种叫法,具体怎么区分就看它所使用的单位是什么。

压力有关解释

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1.大气压:地球表面上的空气柱因重力而产生的压力。它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关。
2.差压(压差):两个压力之间的相对差值。
3.绝对压力:介质(液体、气体或蒸汽)所处空间的所有压力。
绝对压力是相对零压力而言的压力。
4.表压力(相对压力):如果绝对压力和大气压的差值是一个正值,那么这个正值就是表压力,即表压力=绝对压力-大气压>0。
5.负压(真空表压力):和“表压力“相对应,如果绝对压力和大气压的差值是一个负值,那么这个负值就是负压力,即负压力=绝对压力-大气压<0。
6.静态压力:一般理解为“不随时间变化的压力,或者是随时间变化较缓慢的压力,即在流体中不受流速影响而测得的表压力值”。
7.动态压力:和“静态压力”相对应,“随时间快速变化的压力,即动压是指单位体积的流体所具有的动能大小。”通常用1/2ρν2计算。式中ρ—流体密度;v—流体运动速度。”
8.气体压力:通常提到的气体压力或者大气压力,实际上是取其每单位面积上的压力的数值,关于这个概念在物理学和热力学上的应用,请看压强
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参考资料
  • 1.    人民教育出版社资源编辑室.《教材解读 物理 八年级 下册》:人民教育出版社,2017年11月:P67