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【課業】物理筆記—壓力

發表于: 2022/06/27


(一)壓力強度的測量:
A、 壓力:單位面積所受的總力,稱為壓力,又稱為壓力強度。 
B、 生活實例:
(1) 圖釘的釘帽很大,而釘頭很細。
(2) 躺著比坐著舒服,坐著比站著舒服。
(3) 針頭可刺進皮膚,木棍很難刺入。
(4) 鋸子可鋸木頭,鐵棒很難鋸木頭。
C、公式:壓力  總力 或P= F 接觸面積 A
D、單位:【克重/平方公分】、【公斤重/平方公尺】。 換算:1gw/cm2 =【10】kgw/m2。
(二)液體的壓力
A、 原因:容器內液體受【重力】的作用,使下層液體受上層液體【重量】的擠壓,由於液體容易流動變形,因此液體內部的任何一點或容器與液體接觸的部分,都受到液
體壓力。 
B、 種類:
(1) 【下壓力】:由於液體重量,上層液體擠壓下層,產生向下的壓力,稱為下壓力。 (2) 【上壓力】:下層液體對上層液體所施給向上的壓力,稱為上壓力。
(3) 【側壓力】:上層液體的重量壓迫下層液體,而向旁側擠壓,因此產生向側壓力。
C、公式:【P=hd】。 【說明】:液體的壓力=液面下的液體深度× 液體的密度
(三)靜止液體壓力的特性: A、 壓力方向:
(1)靜止液體的內部各點,由於液體對各方向均施有壓力,即各方向的壓力均相等,因此 壓力沒有方向性。
(2)液體內部的某一點【上壓力=下壓力=側壓力】,壓力大小僅和【液面下深度】有 關。
(3)在液體內部的液面下同一水平面處,各點的壓力皆相等。 (4)在靜止液體的界面處,壓力和界面【垂直】,且方向【向外】。 (5)靜止容器內液體壓力朝四面八方,只和深度有關;和容器形狀、或底面積無關。
B、 壓力差:
(1)靜止液體兩點間的壓力差 = 兩點間的深度差 × 液體的密度。
(2)公式:【 P=h  d 】。
F W V d A h d
P=A=A=A= A=hd (3) 在液面處的深度為【0】,因此壓力為【0】。
(四)水平面:
A、 容器中的靜止液體,和空氣接觸的液面,稱為水平面。
B、 無論容器的形狀或方向如何改變,靜止的液體液面必呈水平狀態。 C、水平面和【鉛垂線】保持垂直。 D、鉛垂線方向為【垂直地面】的方向,因此靜止液體的液面必和【水平面】方向垂直。 E、 海平面和地球引力垂直,但由地球為球形,因此海平面略呈弧形。
F、 液體的作用力方向可以是向上的,如圖,液體的上壓力抵住了硬塑膠片、砝碼、液體向 下的重量,但也只有口徑處的壓力才能抵消這些重力,因為塑膠片上其他部分的力量會 互相抵消,此外,大氣也如同液體的效果一般,因此能抵消液體及塑膠片的重力。
(五)連通管原理:
A、 數個容器底部以導管相連接的裝置,稱為【連通管】。
B、 不論連通管形狀或粗細,連通管內液體靜止時,所有液體液
面必定在【同一水平面】上。
C、連通管內的液體靜止時,所有容器內液體的【高度】都相同。
D、連通管內的液體在同一水面上的任何位置,【液體壓力】皆相同。
E、 自來水的給水系統及噴水池系統都是【連通管】原理的應用。
(六)帕斯卡原理(1652 年,法國,帕斯卡)
A、 內容:密閉容器內的液體,任何一處受到壓力時,此壓力會以相同大小傳至一體的每一處,稱為帕斯卡原理。
B、 應用(水壓機):
(1) 底部相通的大小活塞內部充滿液體,此時兩活塞高度應【相等】(【連通管】原理)。
(2) 對大活塞(截面積 A1)施力 F1,則依【帕斯卡】原理,壓力會傳至小活塞(截面積 A2)
(3) 依【帕斯卡】原理,大活塞所獲得的壓力=小活塞所獲得的壓力
C、應用:
(1) 汽車千斤頂。
(2) 油壓車門活塞。
(3) 油壓起重機。
(4) 注射針筒裝水後,施力擠壓注射筒,可將水噴出。
(七)大氣壓力的討論:
A、 大氣壓力是因為空氣有【重量】而產生的。
B、 高度愈大,大氣壓力愈小。
C、因為水蒸氣比空氣【輕】,所以水蒸氣含量愈多(濕度愈【大】),氣壓愈【低】。
D、大氣壓力【沒有】特定方向,各方向皆相等,空氣對物體的壓力方向與界面【垂直】。
☆【液體】和【氣體】因為都有流動性,合稱為【流體】。
☆流體內部的壓力沒有一定的方向性;但是對接觸面的壓力則是保持【垂直】的。 E、 水面下物體所受的壓力=大氣壓力+液體壓力。
F、 實例:
(1) 對空紙盒吸氣,紙盒立刻凹陷。
(2) 盛滿水的杯子蓋上塑膠片後倒置塑膠片掉落。 (3) 茶壺的蓋子上開一個小孔。
(4) 煉乳罐頭上開兩個小孔,才能方便倒出。
(5) 用抽水機抽取地下水。
(6) 用吸管喝果汁。
(7) 用吸塵器吸取灰塵。
(8) 馬德堡半球。
(9) 用鋼筆管吸墨水。
(八)托里切利實驗(大氣壓力的測量)
A、取長 1 公尺長玻璃管,在管內盛滿【水銀】,將玻璃管倒插入水銀槽中,並用手輕彈管壁,以避免玻璃管壁附有【氣泡】,影響實驗的準確度。
B、 此時玻璃管內水銀面將下降至某一高度才停止,這是由於【大氣壓力】無法支撐1公尺高的水銀柱壓力。
C、測量水銀槽上的水銀柱高度為【76】cm,此時玻璃管內的頂端部份為【真空】。 D、若操作過程有空氣進入管中,管內水銀柱高度將【下降】。
E、 若本實驗使用較粗的玻璃管,則水銀柱高度將【不變】。
F、 若將玻璃管插入更深,則水銀柱高度【不變】。
G、 將玻璃管傾斜,則水銀柱長度將【上升】,但垂直高度【不變】。
(九)密閉容器內的壓力
A、容器內壓力的來源:由於容器內的氣體分子不斷地撞擊器壁而造成。
密閉容器內的氣體對各器壁壓力大小【相等】,且方向恆與器壁【垂直】。
B、現象:充滿氣的皮球或輪胎,會變得較【硬】。
C、影響壓力大小的變因:【溫度】、【體積】、【分子數目】。
D、結果:容器內各部份受撞擊的機會相等,使得各處壓力均相等,但壓力方向垂直界面。
E、討論:
(1) 充氣愈多,氣體的分子數目【愈多】,則壓力愈大。
(2) 當體積【縮小】時,若氣體分子數目不變,則容器內的氣體壓力將增大。
(3) 容器的體積不變時,溫度【升高】,則氣體分子運動愈激烈,壓力愈大。