济南市历城第一中学 250115
摘要：压力压强对于建筑来说十分重要，是设计师不得不考虑的问题。高中生的物理知识基本能解释一些常见的现象或特征。本文立足于高中物理知识，面对建筑物进行分析。简单归纳了压强压力的定义与区别，并简要说明了建筑物的类型。采用案例分析的方式，对简单的压力压强问题进行探究。希望能加深更多人对生活中建筑物压力压强问题的认识与了解。
关键词：高中；物理；压强；压力；受力分析
0 引言
人类的伟大智慧就是还是要工具，制造生活用品。建筑是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律、风水理念和美学法则创造的人工环境。包括居住建筑、公共建筑、工业建筑、农业建筑等几种。压强与压力，是生活中常见的物理量，任何建筑物都都伴随着压强压力的分析。此外，还有诸如射流侵彻引起的爆炸压力、汽车碰撞的冲击压力等[1-2]，都是压力压强的体现。高中物理知识可以简单计算建筑物与地面、或两两之间的压力压强，对理解压力压强足以够用，但是还不能分析爆炸、冲击等高级压力场。
1 基础知识
压强与压力的定义、意义、符号、单位等都不相同，要明确区分。压力：垂直作用在物法面的力称压力，单位为牛顿，N。压力作用于物体表面会使物体产生凹陷的效果，压力作用效果与压力大小、受力面积有关。压力越大受力面积越小，作用效果就越明显。压强：物体在面积上受到的压力称为压强，单位为帕斯卡，简称帕，符号Pa。在受力面积一定时压力越大压强越大，相当于压力的作用效果可以用压强表示。
2 建筑物类型
若按照使用性质分类[3]，可分为：①居住建筑：是指供家庭或个人较长时期居住使用的建筑，又可分为住宅和集体宿舍两类（住宅分为普通住宅、高档公寓和别墅；集体宿舍分为单身职工宿舍和学生宿舍）。②公共建筑：是指供人们购物、办公、学习、医疗、旅行、体育等使用的非生产性建筑，如办公楼、商店、旅馆、影剧院、体育馆、展览馆、医院等。③工业建筑：是指供工业生产使用或直接为工业生产服务的建筑，如厂房、仓库等。④农业建筑：是指供农业生产使用或直接为农业生产服务的建筑，如料仓、养殖场等。不管什么建筑，在设计时必须考虑到压强压力，否则会造成不堪设想的安全事故。
3 案例分析
例1：有一质量为120t的纪念碑，立在一块长方体的基石上，基石高是1.5m，密度是2.0×103kg/m3。如果地面能承受的最大压强为1.6×105Pa，基石的底面积至少要多大?（g=10m/s2）
分析与解答：水平地面受到的压力等于纪念碑和基石的总重，可根据地面能承受的最大压强求出基石与地面的最小接触面积。
解：纪念碑与石基受力示意图如图1所示。
图1 受力分析示意图
设纪念碑中为G碑=1.2×105Kg，石基密度为ρ=2.0×103kg/m3，基石底面积为S，地面能承受的最大压强为P地=1.6×105Pa，根据题意有由密度与质量的公式有
M基=ρV=ρ（1.5×S）=2.0×103×1.5×S=3000S （1）
从而纪念碑和基石的总重量为
G总=G碑+M基g=120000+3000S （2）
根据压强与压力的关系有
P地=SF=SG总=（120000+3000S）S=1.6×105Pa （3）
解方程（3）得到基石与地面的接触面积S=-41.292m2（舍去）或S=1.292m2。
根据此题可以得知，压强与接触面积、压力密切相关。因此，在建筑中通常会计算基础的面积需求，建筑物越大基础就得加大，这样才能承受得住建筑物的重力。但这并不是必然的，如果有的材料屈服强度比较大，那么也是可以小面积承受大压力的。比如火炮膛压就很大，但是炮管本身并不大，因为使用的材料是炮钢，其强度、韧性等各种性能均优异。所以说，高中的压力压强知识之于建筑物，是比较狭隘的[4]。
例2：一梯形封闭容器中盛满了某种液体，称面积大的面叫底面，面积为S1，面积小的面叫顶面，面积为S2。底面在下时，容器内液体对容器底的压力和压强分别为F1?和P1；若把容器倒置后即顶面在下，对容器底的压力和压强分别为F2和P2。则F1?和P1与F2和P2的关系为什么？
分析与解答：
由液体压强公式P=ρgh?可知，两种情况下由于液体密度ρ及容器底到液面的深度h都相等，所以两种情况下容器底受到的液体压强相等，即P1=P2。但是由于静止液体对容器底的压力不一定等于液体的重力，它的大小应等于液体对空器底的压强与容器底面积的乘积，即F1=P1S1，F2=P2S2。由于P1=P2，而S1>S2，所以可得F1>F2。
从本例可以看出，压强相等的地方压力不一定相等，还取决于压强作用的面积。所以为什么大坝建立的时候，是梯形的，原因就在于此。水的深度越深，压强越大，从而压力越大，所需抵抗的变形越大，故所需的建筑物面积越大。当然，还存在剪切等其他问题。
4 结论
压强压力对于建筑物的设计、施工、验收等都是非常有用，必不可少的计算。高中物理知识中的压力压强，能解释生活中常见的基本问题。本文所做的分析，能丰富高中生对改方面知识的认识和了解，具有积极可取的意义。
参考文献
[1]赵昌方，祖旭东.液体密度对单胞结构抗射流侵彻性能的影响[J/OL].弹箭与制导学报：1-4[2017-12-24].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1234.TJ.20171113.0924.024.html.
[2]魏朗，陈荫三，石川 博敏.车辆碰撞过程的试验分析研究[J].汽车工程，2000，22（4）：256-261.
[3]李志伟.软土地区深基坑开挖对邻近建筑物影响的三维有限元分析[D].天津大学，2011.
[4]张锐生.近代高强度炮钢[J].兵器材料科学与工程，1995（3）：3-9.
论文作者:王玮哲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/23
标签：压强论文; 压力论文; 建筑物论文; 面积论文; 越大论文; 建筑论文; 基石论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;