第三节 液体的压强的计算

海沟探秘

　　全世界海洋中深度大于6000米的只占总面积的1.2%．其中，位于太平洋中西部马里来——纳那岛东侧的马里亚纳海沟是条非常著名的海沟．它南北延伸850公里，而宽度只有70公里，以近乎竖立的陡崖，深深地切入大洋的底部．有人估计，这条海沟的形成迄今已有6000万年．1957年，苏联科学院海洋研究所的一艘海洋考察船“斐查”号对马里亚纳海沟进行了详细的探测，利用超声波测深仪于8月18日在它西南部发现了一条特别深的海渊，它位于南纬11°20.9′，东经42°11.5′，其最大深度达到11022米（也有11034米之说），这里就是迄今已知的全世界海洋中最深的地方．如果把珠穆朗玛峰放在里面，它的顶峰离海面还相差2174米．根据发现命名的惯例，这条海渊就被称为“斐查”海渊．

　　由于海水深度每增加约10米，压力就要增大一个大气压，因此海沟里的压力将达到1000个大气压左右．再加上缺氧，有人以为在这样的环境里，生物不可能生存．这样高的大气压，一般金属容器是无法承受的．

　　1960年1月 23日，瑞士的雅查·尔卡德和美国的唐·华尔会乘坐“曲斯特号”深海探测器，潜到“斐查”海渊的底部，成功地经受住15万吨巨大压力的严峻考验．据报道，他们下潜不到几百米，即已进入完全黑暗的世界．在那里，偶尔出现繁星点点，或像箭似地一闪而过的动物．经过两个多小时，他们终于潜到世界海洋的最深点，亲眼看到鱼虾类悠然自得地遨游其中．

虹吸滴灌袋 节水新概念

　　当今，干旱缺水问题可能是制约农、林业发展的最紧迫的问题，地下水位的大幅度下降告诉我们，可用的地下水资源已经告罄，人们习惯的传统的慢灌应该丢弃，代之以了水灌溉技术，滴灌就是很好的方法．提起滴灌农民都知道，“好是好，可是太贵了！”这里要介绍的是我国科技人员研制的一种滴灌新技术，国家专利——虹吸滴灌袋．它十分省钱，每亩投资50元就可以了，如果你还想再少花一点钱，每亩投30元，甚至20元也能把水浇好，同时，滴灌袋的寿命也很长，一个滴灌袋可以使用好几年．

　　虹吸滴灌袋为什么那么便宜，答案只有两个字——简单．只有结构简单，其造价才能大幅度地下降，也只有结构简单，用起来才能方便、可靠．虹吸滴灌袋由3个零件构成．储水袋：由高强度塑料膜制成，可贮存10升或20升水，作为微型水源．虹吸管：一根中空的塑料软管，它的一端（入水口）插入储水袋的水中，另一端（出水口）埋在储水袋外面的土壤中，作为虹吸导流管．浮子：由泡沫塑料制成，它的作用是把虹吸管入水口浮起，并自动跟随水位变化，且把虹吸管入水口限制在可用范围，另外还能控制流速．

　　虹吸滴灌袋的结构虽然简单，但是功能却非常齐全——虹吸滴灌袋是经过精心设计、反复实验才获得成功的．虹吸原理人人都知道，但虹吸滴灌不是简单的虹吸，它必须满足如下要求：为了达到节水的目的，虹吸滴灌袋必须长时间地、稳定地工作，根据不同作物的要求，容积为10升的滴灌袋，必须连续滴2～30天．滴灌所使用的水可能有泥沙、悬浮杂质或漂浮杂质，由于昼夜温差，水中可能产生气泡，这些都可能引起虹吸管阻塞，必须加以防范．同时滴速必须可以控制，可以调节，例如对于新栽的树苗应该慢滴，大树浇水应该快滴．在滴灌过程中，储水袋的水位是变化的，从满水到枯水的变化过程中，虹吸管入水口始终应该处于合理的位置，既不能触底、触壁，也不能冒出水面，这样才能保障连续不间断地滴灌．虹吸滴灌袋很好地满足这些要求．

　　适用于各种地形：由于虹吸滴灌袋不需要铺设管路，所以对于地形没有什么要求，平原、山地、沙漠、戈壁滩等都可以使用，简而言之，只要人能够到达的地方，就可以进行滴灌．

　　从设计上考虑，虹吸滴灌袋主要为了适应我国国情——劳动密集型农、林业，它的主要特点是：投资少，收益大——在相同滴灌效果下比较，虹吸滴灌袋的投资只相当于管路滴灌的二十分之一到四十分之一．对于果树、农作物、植树造林而言，一般每亩投资50元左右就可以了．以果树浇水为例，每亩平均植果树47棵，若每棵果树配置1套虹吸滴灌袋，每套1.20元，每亩需投资56.40元，若每棵平均0.5套（轮换滴灌），则每亩只需投资28.20元，假设平均使用寿命为4年，每年浇水2次，每棵果树1次浇水只需0.15元，还不到半斤水果的价钱．

　　若用于植树造林，则可大大提高树苗成活率．1棵树苗配置1个滴灌袋，滴水30天，再干旱地方的树苗也会成活．中、幼林的养护是个亟等解决的问题，滴灌袋的使用将会收到事半功倍的效果．

帕斯卡定律

　　【帕斯卡定律】也有译为巴斯噶定律的，加在密闭的液体（或气体）上的压强，能按照它原来的大小由液体（或气体）向各个方向传递。这个规律叫做帕斯卡定律，是法国科学家帕斯卡发现的。

　　根据这一规律，如图在小活塞上施较小的力便可以在大活塞上获得巨大的力，这便显水压机、油压机工作的原理。跟利用一切机械做功一样，利用水压机或油压机做功虽然省力，但不省功。这一点从功和能的观点上证明了帕斯卡定律是正确的。

　　液体之所以具有这样的性质，是因为它具有良好的流动性和弹性，液体的体积很难被压缩，一般可近似认为是“不可压缩的”，但外加的压强还是会使密闭液体体积有微小的改变，而这一微小变化会在各处都引起相应的反应，这就是传递压强的实质。气体体积会有较大的改变，只有重新达到稳定后，才满足帕斯卡定律。

帕斯卡定律与液压机

　　液体能够流动。由于液体具有流动性，所以在受到压力的时候，就出现跟固体不同的现象。

　　取一个壁上有几个小孔的空心球，球上连接一个圆筒，每一个小孔上都扎有橡皮膜。把水倒进球和筒里，用活塞压筒里的水，可以看到，扎在各个小孔上的橡皮膜都向外凸出（右图）。这表明活塞加在水上的压强，被水传递到了各个小孔的橡皮膜上。球上的小孔是朝着不同方向的，可见，液体能够把它受到的压强向各个方向传递。

　　十七世纪，法国科学家帕斯卡通过实验得出了液体传递压强的规律：加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递。这个规律叫做帕斯卡定律。

　　人们根据帕斯卡定律，制成了油压千斤顶、水压机、榨油机等液压机。

　　右图是液压机的原理图。它有两个大小不同的液缸，液缸里充满水或油，充水的叫做水压机，充油的叫做油压机。两个液缸里都有活塞。在小活塞上加压力的时候，小活塞对液体的压强就通过液体传递给大活塞，把大活塞压上去。

　　假设小活塞的横截面积是 ，加在小活塞上的向下的压力是 ，那么小活塞对液体的压强 。根据帕斯卡定律，这个压强将被液体大小不变地传递给大活塞，所以大活塞受到的压强也等于P。如果大活塞的横截面积是 ，那么压强P在大活塞上产生的向上的压力 。把 代入上式，可得

　　  ，或写作

　　从上式可以看出，大活塞的横截面积是小活塞横截面积的多少倍，在大活塞上得到的压力就是加在小活塞上的压力的多少倍。因此，在小活塞上加不大的压力，在大活塞上就可以得到很大的压力。这就是使用液压机的好处。

为什么深海潜水员抵达海面前要经过逐级减压舱

　　潜水员不能从深海高压的环境下立即转移到海面的常压环境．因为人的血液中多少溶解有一些气体，而气体的溶解程度与压强有关，压强大溶解得多，压强小溶解得少．犹如把常压下的液体迅速移置低压条件下，液体会沸腾、出现许多小气泡一样，当潜水员从深海高压环境迅速上升到常压的海面时，他血液中溶解的气体会大量析出，气泡附着于管壁或留滞在血管中，造成气体栓塞、血流受阻，在人体组织内引起严惩的障碍，造成致命的危害．因此，深海潜水员务必经过逐级减压舱，（在各舱要有相当一段时间的适应过程）才能最后安全抵达海面．

　　由此可知，即使是极小几个普通空气泡，在特殊情况下也会致人于死命．这也是人类长期血的经验教训之一得，不可等闲视之．

 

 

液体内部的静压强

　　实验表明，静止液体内部有压强，称为液体的静压强。它有三个特点：①液体内部向各个方向都有压强。②在同一深度（即同一水平面上），液体内部向各个方向的田强都相等。③液体内部的压强随深度的增加而增大。

　　液体内部压强产生的原因有两个，一是液面处受到的外加压强 ，由液体向内部传递，一是由于液体本身重力而产生的压强 ，因此液体内部压强 可表示为：

　　式中 是液体密度， 是深度， 为重力加速度。初中阶段一般只研究液体由于重力而产生的压强，即 ，这个压强的大小跟深度成正比（指在密度均匀的液体内部）。