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。
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
- 适用领域
- 力学
- 应用学科
- 物理
- 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
产生机理
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固体表面的叠讲压力通重旋杠常是弹性形变的结果,一般属于接触力。液挨喇漏体和杠嫌气体表面的击悼邀压力通常是重力屑乌和分子运动的结果。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敬狼甩不垂直,通常是由于压力和摩擦力共同作用桨剃旬元的结果。
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。
计算公式
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压强=压力/受力面积(p=F/S);
压力=压强×受力面积(F=pS);
受力面积=压力/压强(S=F/p)。
主要单位
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压力
压强
国际单位:“帕斯卡”,简称“帕”,符号“Pa ”;
换算:1帕(Pa)=1N/㎡;
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);
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
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。
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。
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。
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=nRT,
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。
压力与重力
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(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。
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。
有关解释
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2.差压(压差):两个压力之间的相对差值。
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”。