什么是水压力?

[拼音]：shuiyali

[外文]：water pressure

水或其他液体垂直作用于其界面并指向作用面的力。界面可以是两部分液体之间的分界面，也可以是液体与固体或气体的接触面。单位面积上的压力叫做压强。按液体静止或流动区分为静水压强与动水压强。在水力学及工程学科中也有将压强称为压力。

其特性为通过一点具有不同方位的各作用面上的压强大小彼此相等。静水压强是空间点坐标的标量函数。在重力作用下的均质静止液体中，任一点的压强为p=p0+γh。式中p0为液面压强，h为该点处于液面下的深度，γ为液体容重， γh就是从该点到液面的单位面积上的液柱重量。静止液体内任一点相对于某一水平基准面的位置高度z与该点的压强高度


之和，等于同一常数，即


=常数。如果作用在静止液体边界上的压强有所增减，则液体内部任意点任意方向上的压强将发生同样大小的增减。这就是静水压强传递的帕斯卡定律。

在运动液体内部，由于粘滞性作用，任意界面上不仅有垂直于界面的压力，还有沿着界面作用的切力。和静止液体不同，在运动液体内部过同一点而方位不同的作用面上，压强的大小彼此不等。可以证明，过同一点，沿任意三个彼此垂直的方向作用的压强大小的平均值，是与方向无关的常数。这常数就叫做该点的动水压强。这样定义的动水压强也是空间点坐标的标量函数。在流线为平行直线的均匀流断面上动水压强分布规律与静水压强相同。在流线近似于平行线的渐变流断面上，动水压强分布近似于静压分布。在流线弯曲或不平行或既弯曲又不平行的急变流断面上，由于离心惯性力的作用，动水压强分布规律不同于静水压强。紊流中一点的动水压强随时间作不规则的变化，一般取一段时间内压强的平均值即时均压强，以及瞬时压强与时均压强之差即脉动压强，作为研究对象（见层流和紊流）。

度量压强有不同的参考基准。以绝对真空为基准的称绝对压强，以当地大气压强为基准的称相对压强。相对压强为绝对压强与当地大气压强之差。当地大气压强随着当地高度、温度、湿度而变化。如果液流中某点处的绝对压强小于大气压强，则该处出现真空，以相对压强表示，就得到负压。负压的绝对值叫真空度。真空度为当地大气压强与绝对压强之差。

以单位面积的力进行计量。中国的法定计量单位和国际单位制（SI）中的压强单位是帕[斯卡](Pa)。1Pa＝1N/m3。过去工程上还以大气压强和液柱高计量压强，实行法定计量单位后已逐渐不用。

（1）以大气压强计量：一般取76cm水银柱高所产生的压强（约为10.33m水柱高）为标准大气压(atm)。工程上习惯采用10m水柱高的压强为一个工程大气压(at)。

（2）以液柱高计量：常用的有汞柱高或水柱高。不同计量单位之间的变换关系为：

latm＝1.033at＝1.013×105Pa

＝10.33mH2O＝760mmHg

作用在平面上静水总压力的大小P等于该平面的面积 A与其形心处的压强 pc的乘积，即p＝pcA＝γhcA，hc为平面形心处于液面下的深度。总压力的方向垂直于作用面。总压力的作用点即压力中心的位置在平面图形形心的下方，二者间的距离，可由计算确定。作用在曲面（如图中柱状曲面AB）上的静水总压力p可分别计算其铅直分力pΖ和水平分力px，然后按力的合成法确定总压力的大小和作用点。曲面上静水总压力的水平分量等于该曲面的铅直投影平面（如A′B′，压强分布图为EA′B′F）上的静水总压力，按平面静水总压力的计算方法确定其大小、方向和作用点。静水总压力的铅直分量等于“压力体”体积内所含液体的重量。压力体由如下诸面围成：

（1）所论曲面；

（2）过曲面周界上一切点的铅垂线所构成的曲面；

（3）与液面重合的水平面。若压力体实际上充有液体，则该铅直分力的方向向下。若压力体（如图中的ABDCA）并未充有液体，则该铅直分力的方向向上。

部分或全部浸没于静止液体中的物体，其表面所受到的静水总压力仅存在铅直分力，叫做浮力。它的大小等于物体所排开液体的重量，这就是著名的阿基米德原理。

渐变流断面上动水总压力的计算方法与静水总压力的相同。急变流断面一般为曲面，其上的压强分布不同于静压分布，作用于其上各点的压力彼此不平行，合力难以按一般方法求出。对于急变流断面，一般可同时考虑压力和切力求其总作用力。将断面上各点的压力和切力均沿取定的两个互相垂直的方向（其中之一可为来流方向或水平方向）进行分解，然后按平行力系的合成法则分别求出沿这两个方向的总作用力分量及各自的作用线。必要时再求这两个分量的合力（即总作用力）和合力矩。

包括相对压强与绝对压强的量测，前者更为常见。实验室中、水利工程及各种工业部门中，压强量测都很重要。测量压强的仪器叫压力计或压力表，按作用原理可分为三类。

（1）液柱式压力计：测出液柱高度换算为测点压强。有直接用液柱高度表示测点压强的简单测压管。还有部分填充非挥发性液体（不同于待测液体）的 U形管压力计或压差计，填充液体可为水银、油或水，视待测液体的种类和待测压强（或压差）的大小而定。

（2）d性式压力计：以d性元件受压变形的大小来量测液体压强，有多种型号。

（3）电气式压力计:利用压力传感器感受液体压强，将它转换成电信号(如电压、电流、电容、电感等)，经放大显示记录后，再将这些电信号经过相应的换算而求出压强。压力传感器的形式多种多样，如电阻应变式、电容式、压电式等。压强的电测法比其他方法有更多的优越性：电信号可以传送到很远的距离，适于遥测、遥控；电测往往更为准确快捷；只有电测法可以测量脉动压强，而另外两种方法，只能测量时均压强；电信号通常更易于转接，更适于直接用微机记录、处理。

参考书目

华东水利学院编：《水力学》，第2版，科学出版社，北京，1983。

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