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第三章压强 ——压力山大一定可怕吗？牛顿如何变身帕斯卡？火车站台为什么画一条安全线？ 有一种杂技表演现在很少看到了，也算是挺古老的。就是有这么一块木板，上面钉满了钉子，表演者光着膀子躺在这些钉子上，有时候还要做出一些动作来。光这么描述一下，我都觉得后背疼。你想，这可是一枚枚钉子啊，能钉穿木板的，人躺在上面还能有个好吗？可是那些表演者肯定不是刀枪不入的神仙，为什么他们躺在那些钉子上就没事呢？学一下人家说评书的，我先按下这个钉床暂且不表，再说一下坦克。坦克大家都见过。钢铁猛兽啊，上面还驮着一门大炮，现代的坦克基本都是五六十吨重。这是什么概念？一般家用小轿车的重量也就是一吨多，不到两吨。可是，你看这坦克，就算是开到那些泥地啊沙滩啊，都照样如履平地。这要是一般的小轿车开上去，轮胎早就陷进去了。这又是为什么呢？是因为一个物理量：压强。 从字面上看，压强，压强，压力的强度。这个词还真就是差不多这么个意思。压强是怎么定义的？物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强。我们可以这么理解，压强在数值上等于物体单位面积所受的压力。压强越大，压力产生的效果越明显。回到我们一开始说的那个钉床上。这个表演的关键在于钉子要足够多足够密，钉子的长度呢，也要基本一致。这样一来，表演的人其实是躺在很多钉子上，这些钉子的面积加起来就不小了。皮肤接触钉子的部位所受的压强其实并不大。但是要说明一下啊，这些表演者可都是专门训练过的。一般人可不能尝试，会出危险的。再说坦克，为啥它不会陷下去呢？因为它两侧都有很宽很长的履带。坦克履带和地面的接触面积比小轿车轮胎和地面的接触面积可大多了。对于地面来说，坦克带来的压强比小轿车带来的压强还要小的多。所以，有些地面啊，小轿车轮胎会陷进去，坦克开过去啥事都没有。 压力属于力，单位是牛顿。受力面积的单位是平方米。而压强的单位叫帕斯卡。这又是一个人名儿，是为了纪念物理学家帕斯卡。如果一平方米的面积上，受到的压力是一牛顿，那产生的压强就是一帕斯卡。说到这儿啊，咱们说一个物理学的笑话。话说有一天啊，一群物理学家在天堂做游戏。玩什么游戏呢？躲猫猫。爱因斯坦找，好些个物理学家趁着他数数的时候东躲西藏。只有牛顿没藏，不慌不忙地在地上画了一个方框，多大呢？一米见方。用几何老师的话说啊，牛顿画了一个边长一米的正方形，然后气定神闲地站在里面。爱因斯坦数到了一百，睁眼一看，霍，这不牛顿嘛。这是让苹果给砸傻了吧？竟然没藏起来。爱因斯坦大喊一声：“牛顿，我抓住你啦。”牛顿微微一笑：“你抓错啦。我不是牛顿。我是帕斯卡。”什么意思呢？这不是一个边长一米的正方形嘛，面积就是一平方米，里面站着一个牛顿，一帕斯卡不就是一牛顿每平方米嘛。 压强是个很重要的物理量。很多工程车都是履带式的，和坦克一样。施工的时候，哪怕是一块泥地，这些车也能在上面稳稳当当开，不至于陷进去太深。你要是换成轮胎式的，也就是车轱辘的，那很快就得陷进去。滑雪的时候，你踩着滑雪板，嗖滑过来，嗖滑过去。你要是直接把脚踩在雪上，噗一个坑，抬起来再踩下去噗又一个坑。你还是你，雪还是雪，怎么就陷下去了？这就是因为滑雪板增加了受力面积，你该多重还是多重，但是这受力面积一变大，压强可就变小了。压强小，雪地能承受得住，你就不会陷下去了。所以说，同样的压力，你要是想减小压强，就得想法子增加受力面积。反过来呢，你要是想增大压强呢？当然就是减小受力面积。 这里要特别说一下液体的压强。咱们游泳的时候都有这么一个体会。在水里面喘气有点费劲儿，要是从水里一出来，好像呼吸就容易多了。而且你在水里越是往下蹲，就越难吸气。这是为什么？因为水的压强。在液体内部，这压强随着深度的增加而增大。在液体的同一深度，向各个方向的压强都相等。物理书上，是用等效液柱的方法来推导液体压强公式，这个咱们就不详细说了。简单记住液体压强和两个因素相关就行。一个是液体的密度，一个是液体的深度。在同样的深度下，液体密度越大，压强越大。另一方面呢，如果在相同的液体里，深度越大，压强越大。 在这儿呢，咱们介绍一种叫连通器的东西。上端开口，下端连通的容器叫做连通器。连通器里装的是相同的液体，各部分的液面高度是相同的。很多锅炉啊电茶炉啊电热壶啊，旁边都有个小管子，能让你看到管子里面的水面。这时候啊，里头液面多高，外边这个小管子里面的液面就有多高。想在家做一个连通器吗？很简单，拿一根吸管儿就成。从中间给它弯过来，从一边加点水，你会看到另一边也会有水，而且两边的水面一样高。长江上三峡的船闸，巴拿马运河的船闸，都用到了连通器的原理。 咱们待着的地球上有大气层。大气也有压强。大气的压强呢，简称大气压。海拔越高的地方，大气压越低，空气也越稀薄。这时候，水的沸点会降低。所以高原上值勤的战士们就要用压力锅来做饭，否则饭很难做熟。 过去学物理啊，初中阶段压强的知识就学到大气压这儿了。现在的物理书多了一点儿流体压强的知识。什么叫流体呢？你简单的理解成流动的气体或者液体就行。在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小。不知道大家坐火车的时候有没有注意到站台上有一道白色的安全线。火车进站的时候，站台上都会有广播：某某次列车马上就要进站了，请乘客站在安全线外候车。为什么会有这么一道安全线呢？火车进站的时候速度非常快，而且会带动周围的空气。离火车越近，空气的流速越快。人面对轨道的方向站在站台上，当火车进站的时候，面前的空气是随着火车而快速流动的，而背后的空气流速就会慢一些。这样一来，人的前面气压小，后面气压大，相当于背后有个力在推着。如果人距离火车太近，这个压强差产生的推力就会把人推向轨道的方向，那就很危险了。如果人站在安全线外的话，这个压强差就非常小，基本可以忽略了。 |
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