液体压强计算及帕斯卡定律

1）液体压强的计算

在液体容器底、内壁、内部中，由液体本身的重力而形成的压强称为液体压强，简称液压。

由于水的重量而产生的压力称为静水压力。单位面积上承受的静水压力就是静水压强。

在中学的物理课程中，已经学习过：液体内部同一点各个方向的压强都相等，而且深度增加，压强也增加。在同一深度，各点的压强都相等。若ρ为某种液体的密度，则深度为h处的静水压强p为

式中：p——静水压强，Pa；

g——重力加速度，N/kg；

ρ——液体的密度，kg/cm3；

h——水的深度，m。

在潜水中，经常近似认为江河湖海的水密度都是1 g/cm3。重力加速度取10 N/kg，静水压强以MPa为单位，则式（2-1）可简化为

当h=10 m时，p=0.1 MPa（相当于1atm）；同理当h=20 m时，p=0.2 MPa（2 atm），以此类推。也就是说当水深每增加10 m时，静水压强即增加0.1 MPa（1 atm）。

例2-1 某潜水员潜入36 m水深处，问其承受多大的压强。

解：潜水员在水下受的压强由静水压强和水面上的大气压强叠加而成。

p=0.01h=0.01×36=0.36 MPa(www.xing528.com)

P绝=p+0.1 MPa=0.36+0.1=0.46 MPa

2）帕斯卡定律

在几百年前，帕斯卡注意到一些生活现象，比如没有灌水的水龙带是扁的。水龙带接到自来水龙头上，灌进水，就变成圆柱形了。如果水龙带上有几个眼，就会有水从小眼里喷出来，喷射的方向是向四面八方的。水是往前流的，为什么能把水龙带撑圆？

通过观察，帕斯卡设计了“帕斯卡球”实验，帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞。把水灌进球和筒里，向里压活塞，水便从各个小孔里喷射出来了，成了一支“多孔水枪”。“帕斯卡球”实验证明，液体能够把它所受到的压强向各个方向传递。通过观察发现每个孔喷出去水的距离差不多，这说明，每个孔所受到的压强都相同。

帕斯卡通过“帕斯卡球”实验，得出著名的帕斯卡定律：加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。这就是历史上有名的帕斯卡桶裂实验。一个容器里的液体，对容器底部（或侧壁）产生的压力远大于液体自身的重量，这对许多人来说是不可思议的。众所周知，物体受到力的作用产生压力，而只要某物体对另一物体表面有压力，就存在压强，同理，水由于受到重力作用对容器底部有压力，因此水对容器底部存在压强。液体具有流动性，对容器壁有压力，因此液体对容器壁也存在压强。

帕斯卡定律指出，不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值瞬时间传至静止流体各点。帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律，所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计，所以帕斯卡被称为“液压机之父”。

帕斯卡在1648年演示了著名的“裂桶实验”：用一个密闭的装满水的桶，在桶盖上插入了一根细长的管子，从楼房的阳台上向细管子灌水。结果只倒了几杯水，桶就裂了，桶里的水就从裂缝中流了出来。原因是细管子的容积较小，几杯水灌进去，其深度h很大。一个容器里的液体，对容器底部（或侧部）产生的压力远大于液体自身所受的重力。

由于具有流动性，液体产生的压强具有如下几个特点：

（1）液体除了对容器底部产生压强外，还对“限制”它流动的侧壁产生压强。固体则只对其支承面产生压强，方向总是与支承面垂直。

（2）在液体内部，各个方向都有压强，在同一深度的各个方向的压强都相等。同种液体，深度越深，压强越大。

（3）计算液体压强的公式是p=ρgh。可见，液体压强的大小只取决于液体的种类（即密度ρ）和深度h，而和液体的质量、体积没有直接的关系。

（4）密闭容器内的液体能把它受到的压强按原来的大小向各个方向传递，与重力无关。