壓力[物理術語]

壓力[物理術語]

物理學上的壓力,是指發生在兩個物體的接觸表面的作用力,或者是氣體對於固體和液體表面的垂直作用力,或者是液體對於固體表面的垂直作用力。習慣上,在力學和多數工程學科中,“壓力”一詞與物理學中的壓強同義。

基本信息

密閉容器內粒子碰撞產生的壓力 密閉容器內粒子碰撞產生的壓力
數字壓力表 數字壓力表
U型壓力計 U型壓力計

產生機理

固體表面的壓力通常是彈性形變的結果,一般屬於接觸力。液體和氣體表面的壓力通常是重力和分子運動的結果。

壓力的作用方向通常垂直於物體的接觸面。如果觀測到壓力的作用方向與接觸面並不垂直,通常是由於壓力和摩擦力共同作用的結果。

特點

1.作用方向與作用面積垂直並與作用面積的外法線方向相反;

2.壓力一定時,受力面積越小,壓力作用效果越顯著;

3.受力面積一定時,壓力越大,壓力作用效果越顯著。

計算公式

壓強=壓力/受壓面積( P=F/S);

壓力=壓強*受力面積( F=PS)。

主要單位

A. 壓力

國際單位:“牛頓”,簡稱“牛”,符號“N”;

B. 壓強

國際單位:“帕斯卡”,簡稱“帕”,符號“Pa ”;

換算  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大氣壓(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大氣壓(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大氣壓(atm);

1大氣壓(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);

在工程中幾種常見壓力單位換算關係如下:

1MPa=10 Pa≈145psi≈10.2kgf/cm²

1kgf/cm²=98.067kPa≈98kPa

1psi(1bf/in²)=6.8948kPa≈6.9kPa

1mmHO=9.8067Pa≈9.8Pa

流體的壓力

流體在任意一點的受力狀態都可以用應力張量來表示。應力張量總共有9個分量,表示為:

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其中 σ , σ, σ分別是流體的其餘部分對流體內的體積元在 x ,y,z方向的正應力;,,,,,是6個剪應力。

靜止流體與理想流體

如果流體處於靜止狀態,或雖處於運動狀態但流體是理想的(即可以忽略其粘性),則6個剪應力分量都等於零,只有 σ , σ σ不等於零。 σ , σ σ都是以受力面的外法線為其正向,而壓力的正向恰好與之相反,可以證明: σ = σ = σ =- p,即靜止流體或理想流體的壓力等於任一方向正應力的負值。

粘性流體

對於運動的粘性流體,6個剪應力分量不會同時等於零,這時在斯托克斯假設(見粘性)成立的條件下,壓力定義為:

壓力[物理術語] 壓力[物理術語]

即壓力的大小等於所考察點三個正應力的平均值。可以證明它也是考察點所有方向上法應力的平均值。

通常把作用在1平方厘米上的單位作用力(1克力)作為壓力的單位。但是,在實際套用時它失之過小,工業上採用的壓力單位是千克力/厘米。在海平面上的大氣壓力為 p=1 033克力/厘米 ,與工業上採用的壓力單位比較接近。國際單位制(SI)中的壓力單位是帕(斯卡),1帕=1牛頓/米 。

與溫度體積的關係

流體的壓力與溫度、體積等有密切的關係。例如理想氣體服從以下的狀態方程:

pv=RT,

式中 p為壓力; υ為單位質量氣體的體積; T為熱力學溫度; R為氣體常數,等於287.14米/(秒 ·開)。

壓力與重力

(1)壓力是由於相互接觸的兩個物體互相擠壓發生形變而產生的,按照力的性質劃分,壓力屬於彈力;重力是由於地面附近的物體受到地球的吸引作用而產生的。

(2)壓力的方向沒有固定的指向,但始終和受力物體的接觸面相垂直。(因為接觸面可能是水平的,也可能是豎直或傾斜的)重力有固定的指向,總是豎直向下。

(3)壓力可以由重力產生也可以與重力無關。當物體放在水平面上且無其他外力作用時,壓力與重力大小相等。當物體放在斜面上時,壓力小於重力。當物體被壓在豎直面上時,壓力與重力完全無關。當物體被舉起且壓在天花板上時,重力削弱壓力的作用。

(4)壓力的作用點在物體受力面上,重力的作用點在物體重心,規則的均勻的幾何體的重心在物體的幾何中心。

力可以使物體產生形變。例如,用木棒從各個角擠壓麵團,可看到,當木棒離開後,麵團上留下一個個的凹坑,這種使麵團發生凹陷形變的力為壓力。

不少學科常常把壓強叫做壓力,同時把壓力叫做總壓力。這時的壓力不表示力,而是表示垂直作用於物體單位面積上的力。在工程上壓力和壓強叫法有時不嚴格區分(實際上工程師內部也會爭執,因為這兩個明顯是不同概念,在工程上各有不同的用途。很多工件和產品的標牌上也不區分,常常將壓強標做壓力,這實際上是由於部分工程人員長期的習慣導致的,有些早期工程人員沒有受過很好的系統教育,工作中又沒有人指出所以一直混淆),但是在具體計算時絕對不是一個物理量,這種叫法是錯誤的或至少是不規範的,它們一個是標量一個是矢量,絕不等同。只是在看工程類的書籍或檔案的時候要知道有這么一種叫法,具體怎么區分就看它所使用的單位是什麼。

有關解釋

1.大氣壓:地球表面上的空氣柱因重力而產生的壓力。它和所處的海拔高度、緯度及氣象狀況有關。

2.差壓(壓差):兩個壓力之間的相對差值。

3.絕對壓力:介質(液體、氣體或蒸汽)所處空間的所有壓力。

絕對壓力是相對零壓力而言的壓力。

4.表壓力(相對壓力):如果絕對壓力和大氣壓的差值是一個正值,那么這個正值就是表壓力,即表壓力=絕對壓力-大氣壓>0。

5.負壓(真空表壓力):和“表壓力“相對應,如果絕對壓力和大氣壓的差值是一個負值,那么這個負值就是負壓力,即負壓力=絕對壓力-大氣壓<0。

6.靜態壓力:一般理解為“不隨時間變化的壓力,或者是隨時間變化較緩慢的壓力,即在流體中不受流速影響而測得的表壓力值”。

7.動態壓力:和“靜態壓力”相對應,“隨時間快速變化的壓力,即動壓是指單位體積的流體所具有的動能大小。”通常用1/2ρν 計算。式中ρ—流體密度;v—流體運動速度。”

8.氣體壓力:通常提到的氣體壓力或者大氣壓力,實際上是取其每單位面積上的壓力的數值,關於這個概念在物理學和熱力學上的套用,請看壓強。

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