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吸压原理

(2011-12-12 19:01:43)
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流体吸压原理

1、 流体吸压原理

①     液体只对密度比其小的物质有压强,而对密度相同或相对密度比其大的物质都无压强。

②     相同温度下,气体只对密度比其小的物质(主要是气体)有压强,对密度相同或密度或其大的物质无压强。

   不同温度下,气体对密度相同或密度比其大的物质也有压强。

   例如,气体的热胀冷缩,在一个密闭的容器里有一个活塞,把容器分成A、B两室,两室中气体温度和密度相同,活塞不动。

   吸压原理
当给B室加热时,B中气体受热胀,活塞向A室移动,表现为B室中密度小的气体对A室中密度大的气体有压强。

注:流体这种对密度比其小的物质有压强,其实这句话,并不准确。

现实是(事实是),物体沉浸在流体中,如果该物体密度比流体的密度小,则该物体会设法收缩自身体积以使自己的密度和周围流体的密度相一致,从而达到平衡。

我们眼睛看到好像是,流体把物体压扁,感觉流体对物体有压强,其实是物体自身在努力收缩。现在把①和②称为“流体吸压原理”。

 

2、 用流体吸压原理来解释实验和生活现象

①     马德堡半球实验

因为铁球内部的空气密度小于铁球外部空气密度,内部空心部分要努力收缩,试图缩小自己的体积以达到增加密度的目的,所以空心部分的收缩力紧紧地把两个半球吸住。

②     托里拆利水银柱实验

标准气压下,水银管可以很粗,也可以很长,也可以倾斜,但水银柱永远停在760mm的高度。

说明:水银气管内真空部分对水银柱有吸力,使水银柱不掉下去,这个吸力的大小只和水银管内“真空部分”的空气密度和管外空气密度两者的密度差有关,密度差越大,吸力越大,也就是我们常说“大气压”越高。

③     李泰来深水水压实验及潜水衣

A.“在西北太平洋水深4600米处进行实验,在这样的深度,被抽成真空的热水瓶胆由于密度比海水小,被轻易地压碎。但是一块普通的豆腐乳由于密度比海水大,居然毫发无损。

海水深处的生物在成千上万米得深处游弋,不被海水压成肉酱,不是因为它们耐压,而是它们的密度比海水大。”

B、“潜水衣并不是把人全部“包起来”,比如人的手就露在外面,手的密度比海水大,所以不用担心水压的威胁。”

——李泰来

 

3、   现有科学理论认为,大气压强的产生是大气受重力的原因。这种概念在人们的意识中已根深蒂固,但其实把根本原因归于“重力”因素是不妥的,我们先来看一个非常简单的生活现象。

一个密闭容器里面充满空气,容器里的空气密度和容器外的空气密度一样,整个环境都在常温下。此时,容器不会收缩,即我们通常所说的,大气不会对容器有压强。

密闭容器里的空气是和容器外的空气隔离的,不被上面厚厚的大气“压着”。根据现有“重力”理论,容器里的空气的大气压强应小于外面的大气压强。而现实是,容器并受到任何的压强。

这说明现有“大气重力理论”是有问题的,大气压强和空气受不受重力无关,就是在太空中也存在大气压强,大气压强只和空气密度有关。

 

4、 为什么海底压强这么大,还会存在海底软泥?

为什么大气压强这么大,我们还不被压扁?

生活中各种物质也不全被压得有任何变形?

现有的理论对上述这些现象的解释是,因为物体各个方向都受大小相同的大气压强,所以相互抵消了。人体内的大气压强和体外的大气压强相同,所以人不被压扁。其实这种解释存在很大的问题。

现在我们来举个生活现象来找出问题何在。

如图,一个正方形形状的固体物质在海水中,箭头表示受力方向。

 吸压原理

现在我们试着用现有理论来解释,在解释的过程中来发现这种理论的矛盾。

①     固体物质各个侧面受得压强相同,互相抵消。

但是上、下表面因海水深度不同,根据p=ρ*g*h,那上、下面所受得压强是不同的。物体上、下面高度差越大,固体物质上、下面所产生的压强差越大。此时,物体左、右受压强平衡,上、下受压强不平衡,但为什么它不发生形变?还是安然无恙,和不受压强的状态一摸一样?

我们甚至可以假设的更夸张点,物体是个长方体的,竖直插入海中,如图

 吸压原理

物体上、下面高度差h很大。难道该物体会被压的弯曲或变形?

现有理论为了解释物体为什么在流体中安然无恙,像不受压强似的,把原因归于物体在流体中,各个方向受流体压强,这些压强互相抵消,并且平衡。这种解释是站不住脚的,它本身就和p=ρ*g*h原理相违背。

②     如果形状不规则,物体在流体中就更难用现有理论解释为什么压强可以互相抵消。

③     受力平衡和不受力是不同的。

鱼生活在海中,和我们人生活在大气中,其实是一样的。

我们感觉不到大气的压强,是因为根本不存在大气压强。我们和鱼一样都处于“不受力”的状态下,而不是受力平衡。我们可以找出100个真正“受力平衡”的生活现象或实验。在现象和实验中,我们会发现“受力平衡”的“不受力”是两种完全不同的情况,它们对物体的影响是不同的。不能用受力平衡去等效“不受力”。

现有理论中一个错误,就是假想了“压强平衡”这种状态。现实是,流体只对密度比其小的物质有压强,而对密度相同或相对密度比其大的物质却无压强。只有一种情况是特殊的,就是在密闭容器内,不同温度下,气体因热胀冷缩现象,会对密度相同或密度比其大的物质有压强。

这里再重申一次,“流体对密度比其小的物质有压强”,这里所谓的压强是表象,其实是“密度小的物质为了达到和周围流体一样密度,办法就是增加物质自身密度,所以物质会自发收缩体积,通常表现为收缩力。”

 

5“流体对密度比其小的物质有压强”,这是产生压强的条件,那压强的大小和什么有关?由什么决定?

①     气体压强

地球周围被厚厚的大气包围,因为地球涡流力(引力)和距离的平方成反比,所以离地球越近,空气的密度越大。地球涡流力(引力)和空气密度成正比,又和大气压强成正比。大气压强基本随着海拔高度的升高而降低,原因就是空气密度随着海拔的升高而降低。

所以“大气压强”只和“空气密度”有关。空气密度越大的地方,大气压强也越大,两者是成正比的关系,即使在太空中,也存在“大气压强”。当然,大气压强是相对于水银管中“真空”部分而言的。

大气压强不适用p=ρ*g*h这个公式,决定大气压强大小的只有密度。

影响空气密度的因素主要有三个:温度、湿度和涡流力(引力)

“大气压强”是用托里拆利水银管原理测的,前面已经说过,“大气压强”这种说法不准确,其实是“水银管”中“净空(真空)”部分的收缩力,或者成为吸力。

②     液体压强

A、  液体压强适用公式p=ρ*g*h

液体压强大小和液体密度、地球涡流力(引力)和液体的深度三者有关。

当然p=ρ*g*h不能涵盖所有液体压强的情况。比如在密闭容器里,我们对密闭容器的液体施压,液体也会得到压强,这个压强的大小不能用p=ρ*g*h这个公式来计算。

例如,针筒的一头堵住,再用力推针筒的推针,针筒中的液体会得到外在的压强,此时针筒内液体的压强不能用p=ρ*g*h来计算。

B、“帕斯卡在1648年表演了一个著名实验,他用一个密闭的装满水的桶,在桶盖上插入一根细长的管子,从楼房的阳台上向细管子里灌水。结果只用了几杯水,就把桶压裂了,桶里的水就从裂缝中流了出来。原来由于细管子的容积较小,几杯水灌进去,其深度h很大。   这就是历史上有名的帕斯卡桶裂实验。 一个容器里的液体,对容器底部(或侧壁)产生的压力远大于液体自身的重量,这对许多人来说是不可思议的”

                                                                                                 

 

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