压力
垂直作用在物体单位面积上的一种力。它存在于固体、液体和气体的内部,或流体与固壁之间,固体与固体相接触的界面上。习惯上,在力学和多数工程学科中,“压力”一词与物理学中的压强同义。压力的一个特点是:它的作用方向与作用面积垂直并与作用面积的外法线方向相反。
流体在任意一点的受力状态都可以用应力张量来表示。应力张量总共有9个分量,表示为:
其中σ,σ,σ分别是流体的其余部分对流体内的体积元在x,y,z方向的正应力;τ,τ,τ,τ,τ,τ是6个剪应力。如果流体处于静止状态,或虽处于运动状态但流体是理想的(即可以忽略其粘性),则6个剪应力分量都等于零,只有σ,σ,σ不等于零。σ,σ,σ都是以受力面的外法线为其正向,而压力的正向恰好与之相反。可以证明:σ=σ=σ=-p,即静止流体或理想流体的压力等于任一方向正应力的负值。
对于运动的粘性流体,6个剪应力分量不会同时等于零,这时在斯托克斯假设(见粘性)成立的条件下,压力定义为:
,
即压力的大小等于所考察点三个正应力的平均值。可以证明它也是考察点所有方向上法应力的平均值。
通常把作用在1平方厘米上的单位作用力(1克力)作为压力的单位。但是,在实际应用时它失之过小,工业上采用的压力单位是千克力/厘米。在海平面上的大气压力为p=1033克力/厘米,与工业上采用的压力单位比较接近。国际单位制(SI)中的压力单位是帕(斯卡),1帕=1牛顿/米。
流体的压力与温度、体积等有密切的关系。例如理想气体服从以下的状态方程:
pv=RT,
式中p为压力;v为单位质量气体的体积;T为热力学温度;R为气体常数,等于287.14米/(秒·开)。