静水压强
无论哪种流体,你潜入得越深,受到的压强就越大,因为在更深的地方,上方堆积的流体更多,增加了压在你身上的重量。这种压强只取决于你所处的深度以及流体的种类——容器是宽是窄,或是奇形怪状,都无关紧要。
公式
P = ρ · g · h
- P — 压强 (Pa): 流体在该深度处施加的额外压强
- ρ — 密度 (kg/m³): 流体每立方米所包含的质量
- g — 重力加速度 (m/s²): 重力的强弱程度,在地球表面附近约为9.8
- h — 深度 (m): 你距离流体表面有多远
解题示例
水的密度是每立方米一千千克。取重力加速度为9.8,那么0.5米深的水会增加多大的压强?
- ρ = 1000 kg/m³
- g = 9.8 m/s²
- h = 0.5 m
- P = ρ · g · h
- P = 1000 kg/m³ · 9.8 m/s² · 0.5 m
P = 4900 Pa
自我检测
还是用同样的水,如果深度是1.0米而不是0.5米,压强会增加多少?
- 正确答案: 9800 Pa
- 4900 Pa
- 2450 Pa
答对了!深度加倍,压强也随之加倍:1000 kg/m³ × 9.8 m/s² × 1.0 m = 9800 Pa。
一个宽大的浴缸和一根细窄的管子都装满了同样深度的水。哪一个底部的压强更大?
- 细窄的管子
- 宽大的浴缸
- 正确答案: 两者相同
完全正确!压强只取决于深度和密度,与容器的形状或宽窄无关。
在哪里能看到
混凝土重力坝的坝底修得远比坝顶厚,因为水越深推得越猛——水深每增加 10 米,压强就增大约 98,000 帕斯卡,差不多整整多出一个大气压。潜水员早在感觉到任何其他影响之前,就会先以耳朵的胀痛体会到这条定律:在泳池里只需下潜几米,鼓膜上就已经能察觉到新增的压强。
常见误区
一个很自然的猜测是:更宽的水柱对底面一定压得更狠——毕竟往下压的水更多。但事实是,只要装到同样的高度,宽大的浴缸和细窄的管子在同一深度处的压强完全一样:P = ρ · g · h 里既没有宽度,没有容器形状,也没有总体积。第二个易错点是以为压强随深度的平方增长——它其实按直线增长,所以深度加倍,压强就恰好加倍。
关联知识
施加这份推压的,无非是堆积在上方流体的重量——也就是支配自由落体的那种重力,如今不但向下压,也向侧面压。这是整个流体单元的基础:帕斯卡定律问的是,把这样的压强施加到封闭流体上并挤压会发生什么;阿基米德原理则生长于物体底部与顶部之间的深度差。