压力与重力:两种物理概念的探讨
1.1 概念解析
压力与重力是两个截然不同的物理概念。
1.1.1 起源之别:压力源于物体间的挤压作用,而重力则源于地球的引力作用。
① 压力属于弹力及接触力范畴,而重力虽为非接触力,却不一定是弹力。
② 压力的效果在于使被压物体发生形变;而重力的效果则在于改变自由物体的运动状态,若置于平面,会因重力产生形变,实质上这种形变由等效的弹力引起。
1.1.2 方向之异:压力的方向始终垂直于接触面并指向被压物体,随接触面方向变化而变化;而重力的方向始终竖直向下,垂直于水平面。
1.2 动态关系
有时压力等同于重力,有时又不等;有时与重力相关,有时则独立。
例如图中所示,接触面所受的压力如长方形内所示。
2. 压强探讨
2.1 定义阐述
压强是表示压力作用效果的一个物理量,它等于物体所受压力与受力面积之比。
公式表示为:P=F/S。
2.2 压强的单位及适用性
压强的单位为帕斯卡,简称帕,符号Pa。1Pa等于每平方米的受力面积上受到的力为1N。
此公式适用于固体、液体及气体的压强计算。
2.3 公式解读及注意事项
在公式中,F代表压力而非重力。即使在某些情况下F=G,也不应直接将公式写作P=G/S,需先注明由F=G得P=F/S=G/S。
S表示的是受力面积,即两物体的实际接触面积,而非受力物体的总表面积。
由导出公式F=PS和S=F/P,我们可以推算出压力和面积的大小。
3. 柱状固体的压强分析
放置在水平地面的柱状固体的压力F等于其重力G。由于V=Sh且P=F/S,故P=G/S=mg/S,进而得出P=ρⅤg/S=ρShg/s=ρgh。
除了使用公式P=F/S计算柱状固体的压强外,还可以使用P=ρgh,其中ρ代表密度,h代表高度。
4. 压强的增减策略
4.1 增大压强的方法
当受力面积一定时,通过增大压力来提升压强;在压力不变的情况下,减小受力面积亦可增大压强;若能同时增大压力并减小受力面积,则能更有效地提升压强。
4.2 减小压强的策略