问题

压力是由物体发生弹性形变产生的,假如两个理想的刚体叠放在一起,不发生形变,那就不会产生压力吗?

回答
你提出的这个问题很有意思,触及到了“压力”这个概念的本质。我们来深入探讨一下,看看是不是如你所想,理想的刚体叠放就不会产生压力。

首先,咱们得明确一下,什么叫做“压力”。在物理学里,压力(Pressure)是指垂直作用在物体表面上的力,除以该力的作用面积。用公式表示就是 P = F / A。这里的 F 是垂直于表面的力,A 是受力面积。

你提到“压力是由物体发生弹性形变产生的”。这个说法确实有一定的道理,但它更侧重于解释“压强”在某些具体情境下的表现,比如我们触摸一个柔软的物体,它会凹陷,这种凹陷就是形变,而形变会产生反作用力,进而形成压强。

然而,如果我们将“压力”更普遍地定义为“垂直作用在物体表面上的力除以作用面积”,那么问题就有点不一样了。

现在我们来看你的场景:“两个理想的刚体叠放在一起,不发生形变”。

“理想的刚体” 是一个重要的前提。在现实世界里,任何物体在受到外力时都会或多或少地发生形变,哪怕微乎其微。我们所说的“刚体”更多的是一个理论上的模型,用来简化分析。一个“理想的刚体”意味着它在受力时,其内部各点之间的相对位置不会发生改变,也就是说,它不会发生形变。

那么,当两个这样的理想刚体叠放在一起时:

1. 重力仍然存在: 假设我们把这两个理想刚体放在地球上,它们都会受到地球引力(也就是重力)的作用。这个重力是竖直向下的,作用在每个刚体的质心上。

2. 相互作用力: 当上面那个刚体放在下面那个刚体上时,上面那个刚体对下面那个刚体施加了一个向下的力,这个力就是它自身的重力。

3. 反作用力: 根据牛顿第三定律(作用力与反作用力定律),下面那个刚体也会对上面那个刚体施加一个大小相等、方向相反的力,这个力是向上的。

重点来了:

上面那个刚体受到的向上的力(来自下面刚体的支撑力)是它不发生形变的根本原因。 如果没有这个向上的支撑力,上面那个刚体就会往下掉。
下面那个刚体承受着上面那个刚体传来的向下的力。 这个力作用在下面刚体的“顶面”上。

现在我们回过头来审视“压力”的定义:垂直作用在物体表面上的力,除以该力的作用面积。

力(F): 在这个场景中,上面的刚体由于重力作用,会给下面刚体的顶面一个向下的力。这个力的大小就是上面那个刚体的重力(假设其质量为m1,则F = m1 g)。
作用面积(A): 这个力作用在下面刚体与上面刚体接触的那个表面上。

既然存在这个垂直作用的力,并且这个力作用在一个确定的面积上,那么根据定义,“压力”是存在的。 甚至可以说是,下面那个刚体的“顶面”受到了一个垂直于它的力,所以它“承受”着这个力,我们可以计算出这个力作用在哪个面积上,从而得出压强。

为什么你会觉得“不发生形变就不会产生压力”呢?

可能是因为你联想到了:

弹性形变与恢复力: 在实际情况中,我们感受到“压力”常常是因为物体发生了形变,然后为了恢复原状而产生了一个反作用力(恢复力)。比如你用手按压一个气球,手对气球施加了力,气球形变了,内部空气受到挤压,对你的手产生了更大的反作用力,你就会感觉到“压力”。
压强与触感: 很多时候,我们对压力的感知与压强有关。而压强越高,我们感受到的“挤压感”越明显,这往往伴随着形变。

但是,压力(Force/Area)这个物理量本身,并不直接要求物体发生形变。 理想的刚体,即使不发生形变,但它依然会承受来自外界(比如重力)或另一个物体的垂直作用力。

打个比方:

想象你站在一块非常坚硬的金属板上。这块金属板很坚硬,你站上去它基本不会凹陷(可以看作是理想刚体的近似)。但是,你依然会给这块金属板一个向下的力,这个力就是你的体重。这块金属板的承受面积是你脚的面积。所以,这块金属板的“顶面”确实承受着一个力,也存在着一个由你的体重和脚的面积决定的“压强”。

总结一下:

即使两个理想的刚体叠放在一起,它们之间仍然会因为重力(或其他外力)而产生垂直的相互作用力。根据压力的定义(力除以面积),只要存在这个垂直作用力并且作用在一个确定的面积上,那么压力(或者更精确地说,压强)就是存在的。

你对“形变”的联想,更多的是关于“触觉上感受到的挤压力”或者“物体为了抵抗外力而产生的反作用力”。在更广义的物理定义下,即使没有形变,只要有垂直作用力,就有压力。

希望这样的解释能让你觉得清晰一些,也尽量还原了平常说话的语气,希望能避免AI的感觉。

网友意见

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其实刚体是忽略形变和内部各点相对位置的一种理想化模型

而压力的产生原理也没有错

错就错在把已经忽略的东西又重新纳入思考 自我矛盾

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