缸的作用是什么?

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对于这个问题,我需要讲一下大气压和水压的概念。 首先,我们周围是被厚厚的大气层包围着的,而大气对浸在它里面的物体的压力,就是大气压强,用符号P表示;地球表面大气压强约为101325Pa(1标准大气压)。我们可以简单地认为,水在地球内部与大气是连续相通的。

其次,我们讨论的问题是在密封环境下,所以引入另一个概念——静水压强,它是指单位面积上作用的水柱重力。注意它与液体静压力的不同:后者考虑了液体的流动性。由于地球表面的重力加速度近似为9.8m/s^{2},因此静水压强的计算公式为 \ 其中g是重力加速度;h是水柱高度;r是液面半径。

如果考虑一个深度为d的圆柱形金属容器,内壁光滑且底面积足够大,则其内部形成的流体静力场可以看作是一个轴对称图形;此时,根据上面的公式可以得到 \(p=\frac{gd}{r^2}\) 由此可以得到:当液体越深时,它的静水压强越大。

现在回到问题上来,你问题的核心在于理解“水深”和“水压”的区别。其实上述内容已经给出了答案:水深导致静水压强大于大气压;而水压则是外界大气压与静水压强大的总和。 这里还需要补充一点知识:任何实心物体会受到自身重量引起的应力,称为重力应力或重量应力,用符号σ_{G}表示。它的物理意义是可以使物体发生形变的最大张力。可以根据牛顿第二定律简单推导得到: \[\sigma_G = \frac{G m}{R^{2}}\] 其中m是物体的质量;R是物体到质心的距离。当物体处于静力学平衡状态时,各应力分量相互平衡。于是有 \(\sigma_{G} = p+ \sigma_{N}\)

其中\(\sigma_{N}\)是物质的对称应力,通常很小,可以忽略不计。因此在通常情况下(系统内部没有能量传入),一个有质量的物体,只要其深大于1m时,静水流产生的应力就会大于重力引起的应力。

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