第 6 章 第 4 节 液体压强

海洋充满了神秘和未知，人类探索海洋奥秘的步伐从未停止。潜水员在进行水下作业（图 6–4–1）时，要限制潜水深度，这是为什么呢？

液体有压强吗？

如图 6–4–2（a）所示，将一根两端开口的直玻璃筒竖直放置，下端扎一块橡皮膜封堵，从上端向直玻璃筒内注水，观察到直玻璃筒下端的橡皮膜向下凸出；如图 6–4–2（b）所示，将一个侧壁开孔的玻璃筒竖直放置，在侧壁开孔处扎一块橡皮膜封堵，从上端向玻璃筒内注水，观察到橡皮膜向外凸出。这些现象说明液体对容器的底部和侧壁都有压强。

如图 6–4–3 所示，将套有食品保鲜袋的手

研究表明，液体的压强是由于液体重力作用产生的。由于液体具有流动性，所以液体对各个方向都有压强。

示例 · 2020 年 11 月 10 日，我国的“奋斗者号”全海深载人潜水器在马里亚纳海沟深度为 10 909 m 处成功坐底。此时“奋斗者号”钛合金耐压外壳底部承受海水的压强大约为多少？相当于一个手掌承受质量为多少的物体所产生的压强？（假设一个手掌的面积 S = 0.015 m²，海水是均匀的，海水密度 ρ = 1.03×10³ kg/m³）

解：在马里亚纳海沟深度 h = 10 909 m 处，“奋斗者号”钛合金耐压外壳底部承受海水的压强

p = ρgh

   = 1.03×10³ kg/m³×9.8 N/kg×10 909 m

   ≈ 1.1×10⁸ Pa

若要产生同样大的压强，面积 S = 0.015 m² 的手掌上受到物体的压力

F = pS = 1.1×10⁸ Pa×0.015 m²

   = 1.65×10⁶ N

根据题意，物体所受重力 G 等于物体对手的压力 F，故物体的质量

m = \(\dfrac{G}{g}\) = \(\dfrac{F}{g}\) = \(\dfrac{{1.65 \times {{10}^6}\;{\rm{N}}}}{{9.8\;{\rm{N/kg}}}}\) ≈ 1.68×10⁵ kg

可见，“奋斗者号”载人潜水器在万米深海处承受的压强非常巨大，相当于一个手掌承受了约 3 000 个中学生所产生的压强。

河南洛阳小浪底大坝（图 6–4–7）是以防

图 6–4–12 为船自上游通过一个船闸驶向下游的示意图。船闸由闸室、上下游闸门和上下游阀门组成。船从上游驶向下游时，先关闭两个闸门和下游阀门，仅打开上游阀门，闸室和上游水库构成连通器。这时，水从上游水库流入闸室，闸室内的水位上升，当上升到和上游水库内的水位相平时，打开上游闸门，船就可平稳驶入闸室内。同理，当闸室水位与下游水库水位相平时，船可驶出闸室。

三峡大坝上下游的水位有 113 m 的巨大落差。为了方便船只在这段水域中升降，三峡大坝设置了近 40 层楼高的双线五级船闸（图 6–4–13），这是目前世界上规模最大的船闸，全长 6.4 km，主体部分长 1.6 km，引航道 4.8 km。