为什么各个方向都有气压?


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  1. 这是气压的典型定义:

空气压力是由上述空气分子的重量引起的。即使是微小的空气分子也具有一定的重量,构成我们大气层的大量空气分子共同具有很大的重量,从而压低了下面的物体。

  1. 但是,我见过的所有消息来源都指出,各个方向的气压均相等。

1和2似乎矛盾。

相关问题:

为什么上方的气压不会压垮我们?我一直看到的答案是,来自下方的相等气压平衡了气压。但是,如果有一辆汽车从上方停在我身上并压死我,那么另一辆从下方压在我身上的汽车将无法缓解这种压力-只会增加我会感到的压力!如果我在一个封闭的壁橱里,其中一堵墙要向我压,而另一堵墙也要向我压,第二堵墙不会“平衡”东西,而只会增加压力会感觉!


考虑流体中压力的流动特性。压力仅取决于流体的深度。例如:一英里高的1英寸直径的管道在底部具有与500英尺直径的相同高度完全相同的压力。这不是一个答案,您应该考虑一下以了解更多信息。
Bassinator 2015年

简短的答案是您将梯度与各向异性混淆了。压力从一个位置改变到另一位置,但从一个方向改变到另一位置。流体不能承受剪切力而不会变形以减轻剪切力。如果没有沿控制体积的边界进行剪切,则任何净压力差都将导致整个体积加速或使其变形。两者都导致运动能似乎解释了高压PV功和较小的低压PV功之间的功不平衡。
Phil Sweet,

Answers:


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为什么各个方向的气压都相等?

想象一下,如果上下压力不相等,那么对于一块扁平的薄金属片意味着什么。从顶部向下推动的压力大于从底部向下推动的压力,这等于净力。该力将开始使金属片向下加速。不会有平衡。现在忘了那块金属。没有它,就会有空气分子从压力梯度中冲下来。他们实际上会冲下来,直到达到压力梯度均衡并停止移动为止。

为什么上方的气压不会压垮我们?我始终看到的答案是,来自下方的相等气压平衡了气压。

这不是很正确。压力不是简单地从上至下相等,您的身体是一个不同压力的区域。相反,您的整个身体与周围的压力相同。要了解它们之间的区别,请考虑可以从中抽出一些空气的水箱(真空水箱)。当储罐中充满的空气与环境压力相同时,可以轻松卸下盖子。如果密封容器,请抽出一些空气,然后尝试取下盖子,您会发现它非常紧密地卡住了。这是因为内部和外部之间的压力梯度会在盖上产生很大的作用力。

实际上,您的身体处于大气压下对于其运作方式非常重要。如果将您从压力接近零的宇宙飞船中赶出,所有气体(氧气是重要的气体)将从您体内的液体中蒸发掉。


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空气分子撞击空气表面并被反射,从而将空气压力施加到身体表面。这些反射中的每一个(每秒成千亿个反射)都会在表面上传递一点脉冲,这在宏观上意味着永久力(每单位面积)。为什么空气分子一直弹跳并撞击?或者是因为空气流动过大(又称“风”),或者是因为空气不规则地反弹(又称“温度”)。后一种运动没有优选的方向,因此,无论测试表面具有什么方向,压力都相同。没有净运动(风)的事实由以下事实表示:薄表面的背面和正面都作用有相同的力(因此没有净力)。

那么,气压与我们上方的空气重量有何关系?在相平衡从下面在一个假想的水平表面造成的空气压力的力就足以保持其上方的空气柱“就地”,whoich装置,它等于重量。我们不必总是保持平衡,但是如果我们不保持平衡,那么力量的纵梁就会引起加速度和运动-直到达到平衡为止。


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我尝试了一些问题,如果错过了,请发表评论。

空气压力是由上述空气分子的重量引起的。

这确实是正确的。气压与上方的气压成正比:在高山上的气压比在海平面上的气压低。该图实际上显示了这一点。

大气压

各个方向的气压均相等。

这也是正确的:它将在所有方向上均等地推动。如果不相等,它将尝试达到平衡。空气分子将受到重力将其拉向地球(压缩)和其他分子将其推离的力。

酸![] [2]

资源

但是,我见过的所有消息来源都指出,各个方向的气压均相等。

对于大气中的一点点,这是正确的。各个方向上将受到相等的作用力。

1和2似乎矛盾。

例如,对于一个小立方体容器来说,差别很小,因为底部的上方空气压力要比顶部的压力高一点,并且压力会稍高一些。但是,压力随高度的降低将同时发生在盒子的内部和外部。通常,几乎所有应用都可以忽略压差。


2

压力由公式给出

P=ρgh

哪里:

  • ρ

  • g

  • h

由于流体分子不断运动并不断相互碰撞,因此在流体(如空气和水)的上限之下的任意一点处的压力在所有方向上都是均匀的。由于其上方的流体量,压力随流体深度的增加而增加,但是水平面上的任何点都将具有相同的压力。

将其与地壳和地幔中的岩石进行比较。忽略构造应力,垂直方向的压力仍为

P=ρgh

但是,由于岩石的坚硬特性,分子不会快速移动并且不会不断碰撞。因此,横向压力不等于垂直方向的压力,并且岩石中的压力/应力在所有方向上都不均匀。

该源给出与垂直压力/应力有关的横向压力/应力。

σh=kσv=kρgh


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压力是分子在其周围施加的平均向外力。

如果以空气分子弹跳的情况为例,它们会均匀地向外推向侧面,但是正如您所提到的,它们的重量意味着它们确实确实比向下推动的力更大。由于小空间中的空气重量非常小,因此通常可以忽略这种差异。但是,如果没有这种差异,气球将不会漂浮。这种微小的差异会累积到大气中,直到表面上的向下压力实际上相当大为止。

汽车会挤压您的原因是,当汽车以高压向下推动时,它将向内移动表面,直到您以相同的压力向后推动为止。对您来说不幸的是,由于内部压力的增加使两侧的压力都比周围的空气高,因此,两侧的挤压变得很困难,因为空气的推力没有那么大。因此,仅从顶部和底部,甚至从四个侧面推动是不够的。必须从各个方向推动您,包括向上抬起鼻子和在肺内部,以使内部压力能够舒适地向后顶压。


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两种说法都是正确的。理解这两种说法如何共存的最好方法是理解气压的概念。

现在要了解压力,我们看一个装满气体分子的容器。气体分子根本不像固体或液体那样起作用。在一种气体中,分子之间不会相互吸引,因此它们以极高的速度四处飞舞,反弹成物体和其他气体分子。这些碰撞是弹性的,因此在碰撞过程中不会损失任何能量。

在此处输入图片说明

每次发生碰撞时,分子之间都会发生某种能量转移。但是,在宏观层面上,发生了太多的碰撞,以至于它们平均传输了零能量。想象一下,一种气体分子即将撞击上述容器的壁。我们知道,当分子撞击时,它将反弹并朝着另一个方向前进,就像弹力球一样。由于牛顿第二定律,隔离墙也会感到力量 。但是,在容器的另一侧,发生了完全相同的事情。实际上,同样的事情也在容器的外部发生。所有这些碰撞都施加力,但它们彼此抵消。

现在让我们将其应用于您的第一个定义。如您所说,气压是由上述空气分子的重量引起的。气体分子被重力吸引到地表。当气体分子被拉向地球表面时,它会撞击另一个气体分子并从另一个方向弹回。现在让我们说,在这种特殊的碰撞中,第一个分子撞击第二个分子的顶部。这导致第二分子比第一分子更快地向下传播。这一次又一次地发生,直到分子反弹到地球表面为止。这就是您的第一个定义的派生方式。关键是要记住,这是气压,因此来自各个方面。

这是最难掌握的概念,因为当有人听到他们上方有数百磅的空气时,他们会想象肩膀上有数百磅的钢板。不要这样想。如果弹力球落在您的头上,它会将您推倒。但是,如果它未命中,撞到地板,反弹并撞到您,则这两种力量会相互抵消。诀窍是要意识到,在如此微小的规模上发生了如此多的碰撞,以至于您没有“感受到”大气层的压力。

固体物体非常擅长抵抗来自各个方向的均匀力。您是否听说过从各个方向挤压鸡蛋都无法将其压碎?同样的概念也适用于您的身体。大气从各个方向(甚至从肺内部!)都在极力推动,但它们都抵消了。

与之形成对比的是,想象其中只有几个气体分子的钢桶会发生什么?

在此处输入图片说明

现在,尽管这很酷,但请注意,枪管的侧面也会塌陷。这意味着空气分子从侧面推动,但是没有什么可以从内部推动。从爆炸的枪管中我们可以看到,大气层正以足以压倒钢桶的力压缩着我们。但是,由于从各个方向施加了这种压力,所以力被抵消了,我们没有感觉到任何东西。


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我想补充一下我的理解,以防任何人理解原因。在这些情况下,来自各方的压力是由于流体处于平衡状态所致。例如,在大气层中,如果可能的话,从上方“向下压”的空气分子将从空气柱的侧面挤出。当然,这不是因为相邻的气柱受到的力相同,因此它们的状况不会更好。气体分子被高能在每一个方向,或者换句话说,流体压力不能在一个方向上存在如果在平衡时,如在压力会产生运动(风)的任何差异。

您使用上方流体(空气,海洋等)的重量来了解您会感觉到的水平压力的原因是因为您假设自己处在平衡状态下,因此从上述原因中您知道“水平”压力等于“垂直”压力。

我喜欢的另一个直觉是气动活塞的想法。装有流体的圆柱体必须坚固以防止爆裂。如果您用金属棒代替流体,然后在其上施加活塞力,则汽缸壁不会有任何感觉。

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