从静液压强的形成解读阿基米德原理和帕斯卡定律

　　阿基米德原理和帕斯卡定律是我们再熟悉不过的了，但是对这些知识的认识，从概念的界定（何为“浮力”，何为“加在”液体上的压强等等），到定律（原理）的适用条件，却一直存在着歧见．笔者也曾对此进行过探讨[1][2]，但都比较孤立缺少系统地联系．现在从静液压强形成的知识系统高度来审视，这些问题突然都变得简单、明朗起来．

　　1 静液压强的形成　　

　　液体（包括气体）的压强是怎样形成的？中外教科书历来（直到现在）对此的描述都存在一些瑕疵与疏漏，正因为此才造成了方方面面的混乱．

　　我们从教科书上得到的印象是，“重力是使液体（包括气体）产生压强的唯一原因”，即所谓压强的“重力解释”．很多版本教科书对液体（包括气体）压强的描述都是与固体相类比，说：“液体在容器里，就像一摞书放在桌子上一样，书有重量对桌子有压力和压强；液体也有重量，因而对容器的底也有压力和压强；又因为液体能流动，所以对器壁也有压力和压强”．就这样，液体（包括气体）的“压强是由重量产生的”在人们的头中就深深地扎下了根，因而也就埋下了后患无穷的种子[3].

　　其实这种谬误并不难破解，你只要认真思考：“没有重量，液体（包括气体）就真的没有压强了吗？”答案是显然的：“没有重量，液体（包括气体）也会有压强．”在失重状态下的水滴，表面张力会将其束缚成球形，发生挤压而产生压强．对于封闭在针管里的药液，活塞和管壁等作用在药液表面上的力，也会使药液发生挤压而产生压强．玩具气球中的气体受气球橡胶膜对气体表面的束缚作用，也会使气体发生挤压而产生压强（此例中重力的作用微乎其微）．很明显除了重力以外表面力也是液体（包括气体）形成压强的因素.可见上述教科书的描述是不恰当的，至少说是片面的.

　　液体（包括气体）属于弹性体，弹性体在发生形变时要产生应力．一般弹性体的形变有多种形式，如拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切等等，各种形变的发生，都会伴随着在弹性体内产生相应的应力．然而液体（包括气体）只有体形变，也就是挤压形变，相应产生的应力就是压强.宏观地说压强所描述的是液体（包括气体）的“挤压程度”，这就是对液体（包括气体）压强的“弹性解释”．其实，早在200多年以前，玻意耳（1627～1791）就提出了气体压强的弹性解释．

　　只要是能使液体（包括气体）发生挤压，就能使之产生压强，重力是一种因素，但不唯一，表面力也是一种因素（还有其他如离心场力等，但已不是本文讨论的范围）．但是不管是重力还是表面力首要的是要使液体（包括气体）发生挤压形变才能产生压强， 即