流体力学
液体压强与大气压
研究静水压随深度和密度的变化,验证 。观察压力在密闭液体中无衰减地传递,使活塞上的力按 放大。
器材
- 带可调深度压力探头的虚拟液槽
- 深度 h 和密度 ρ 滑块
- 带面积和输入力滑块的双活塞液压机
- 压强与力读数面板
实验步骤
测量压强随深度的变化
保持 ρ 不变,将深度 h 滑块调至多个数值并读出压强。对每个测点计算 ,与 比较,检验线性关系 。
改变液体密度
固定 h 并增大 ρ,观察压强成比例增大。注意无论容器形状如何,同一深度的点压强相同——压强只取决于 、、。
验证液压机
在活塞部分设定输入力 ,然后增大活塞面积 。读出输出力并与 比较:相同的压强增量传到各处,故力与面积成正比。拖滑块之前先预测 。
模拟
实验历史
1643–1644年,伽利略的学生托里拆利制成水银管实验,得出约76厘米高的液柱由大气压支撑,否定了“自然界厌恶真空”的说法。布莱兹·帕斯卡重复并扩展了该实验:1648年他让人把水银管带上多姆山,证明液柱随海拔升高而下降。
帕斯卡还在身后出版的《液体平衡论》(1663年)中阐述了密闭液体压强传递原理,即液压机的基础——约瑟夫·布拉默于1795年造出实用液压机。压强的国际单位帕斯卡即为纪念这项工作。