人类与水压斗争,深海远比宇宙更为严酷。人类如何克服这一难题?

2024-06-15 来源:旧番剧

深海鱼为什么不会被水压压扁?


人类与水压斗争,深海远比宇宙更为严酷。人类如何克服这一难题?


“压力”这个物理量在高中物理教材中主要出现在热力学章节。然而,实际上压力仅仅是“单位面积上的力”的意义,所以在力学中遇到力的时候,只要将力除以面积,就能得到压力,似乎压力在任何地方都可能出现。
但事实上,热力学中出现的气体压力与力学中的力有很大的不同。比如,热力学中常见的公式“保持恒定压力下,体积增加的理想气体对外做的功等于‘功=压力×体积的增加量’”,我们来分析一下这个公式。
计算这个功时,关键在于与体积增量相关部分的壁(如活塞)上所承受的压力。那么,不移动的墙壁就没有压力了吗?当然不是。实际上,无论是否移动,容器内壁都会承受相同的压力。
这与力学中的力并不完全相同。力有大小和方向,而压力作用在内壁上垂直的方向上,似乎没有固定的方向。
有人可能会说:“不对,既然是垂直于墙壁,那就有方向。”但是,如果没有墙壁,在容器的中心,压力的方向又是怎样的呢?气体内部肯定也有压力,但由于没有墙壁,方向并不确定。那么,气体的压力是不是只有在有墙壁的情况下才存在,是一种“幻影的力”吗?
当然不是。实际上,压力在容器的中心也真实存在。那么,这时候的方向是什么呢?答案是“所有方向”。取气体内部的一个区域,它表面所承受的所有压力之和,等于气体质量所受的重力。这是必然的,否则气体会运动。
换句话说,压力这种物理量的存在是为了抵消作用在气体上的重力等力。从这个角度理解,在桌子上放置的物体虽然受到重力但不会掉落,是因为桌子施加了一个相反方向的力来抵消重力,这是正确的理解。
同样,桌子对物体施加的向上的力,只有在知道物体所受重力的情况下才能确定;气体中某处的压力,只有在知道气体所受的重力等外力时才能确定。

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