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压力(物理术语)

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。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。

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。

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。

压强=压力/受压面积(P=F/S);

压力=压强*受力面积(F=PS)。

国际单位:“牛顿”,简称“牛”,符号“N”;

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/cm

1kgf/cm=98.067kPa≈98kPa

1psi(1bf/in)=6.8948kPa≈6.9kPa

1mmH2O=9.8067Pa≈9.8Pa

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;

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。

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),1帕=1牛顿/米2

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)。

(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。

(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,压力与重力完全无关。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。

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(实际上工程师内部也会争执,因为这两个明显是不同概念,在工程上各有不同的用途。很多工件和产品的标牌上也不区分,常常将压强标做压力,这实际上是由于部分工程人员长期的习惯导致的,有些早期工程人员没有受过很好的系统教育,工作中又没有人指出所以一直混淆),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。

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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