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[图文]静止液体对容器底的压力不一定等于液体所受的重力

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ABC三个容量不同的容器,它们的底面积S和高度h相等,如图61所示。其中B的容量大于A,而C的容量小于A。如果三个容器装满同种液体,在不考虑大气压强的情况下,因液体的高度相同,容器底部所受的压强相等,容器的底面积S又相同,所以底面所受的压力也相同,即FAFBFC。但三个容器中液体的质量不同。液体所受的重力并不相同,GBGAGC。对于容器A来说,容器底所受的压力就等于液体所受的重力,FAGA,这一点容易理解。而在容器B中,FBGB;在容器C中,FCGC。如何理解容器BC中的现象呢?

  设想在容器BC中,从容器底至液面取一液柱,如图61所示。因液柱高度与A中液体相同,所以液柱在容器BC底面所产生的压强也与A底部的压强相同。这个压强大小不变地传递到容器BC底面的各点,所以底部各点的压强都是同一值,即都跟容器A底部的压强相同。它们的底面积又相等.由FPS可知三个容器底面所受的压力一定相等。如果压力不同,即FBFAFC,则一定有PBPAPC,这就和液体压强公式P=ρgh发生矛盾了。

  容器B中多余的B′部分液体所受的重力,由B容器的两“肩”来承担,不会压在B容器的底面积上。而在容器C中,不因少了C′两部分液体而减少对底面积的压力。这是因为中间高h′的这部分液体产生的压强ph′,是由h′高的水柱产生的,这部分压强将大小不变地传递到紧靠其“肩”下面的液体表面上,并通过液体传向各个方向,这相当于在“肩”的下表面上附加了一个大小为ph′的压强。这样容器底面所受的压强就等于“肩”下面深度为h″的液体产生的压强Ph″加ph′,显然,它等于高度为h的水柱所产生的压强。

  如果考虑大气压强P0的存在,则在三个容器的液面上再附加一个P0值,于是容器底面上的压强为P0P,总压力为F=(P0PS

  上面所讨论的现象和所得的结果,俗称“液体静力学佯谬”,意思是说常常出人预料的、与人们通常观念不符的现象。

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