2.1 静水压强及其特性

2.1.1 静水压力的概念

由实践可知：木桶无箍，盛水就会散开；游泳时水淹过胸，人就会感到胸闷；水闸的门板没有足够的厚度，挡水后就会被压弯；堤坝的重量不够，挡水后就可能被水冲垮，等等。

上述现象说明，液体对与之相接触的固体边壁是有压力作用的，而且液体不仅对和它接触的固体边壁有压力，就是在液体内部，一部分液体对相邻的另一部分液体也有压力。

在水力学中，把静止液体作用在与之接触的表面上的压力称为静水压力，常以符号F_P表示。

2.1.2 静水压强的概念

静止液体内的压力状况，常用各点的静水压强来表示。静水压强以符号p表示。

图2.1 矩形平板闸门受力情况

如图2.1所示，某水库泄水涵洞进口处设置一矩形平板闸门CD，在闸门上，任取一点K，以K为中心，取一小块面积ΔA，ΔA上受到的静水压力为ΔF_P，则作用于该小面积上的平均静水压力（又可称为面平均静水压强）为

它反映了小面积ΔA单位面积上受力的平均值，只有在均匀受力的情况下，才能真实反映受压面各点的受压状况。而在实际中，通常受压面上各点的受力是不均匀的，所以面平均压强不能代表受压面上各点的真实状况，因此还必须建立点静水压强的概念。

在式（2.1）中，当面积ΔA无限缩小而趋近于K点时，比值的极限值即为任意点K的静水压强，可写成

式（2.2）能精确反映K点处的受力大小。后文中，在水力学中遇到静水压强（包括动水压强）这一名词，若无特别说明，均系指点压强。

静水压力和静水压强都可以表征静水中的压力状况，但它们是两个不同的概念。首先，前者是整个受力面上所受到的水的总作用力，而后者则是某点处受到的水的作用力。所以在工程实际中，人们又习惯将静水压力称为静水总压力，而将静水压强称为静水压力。此外，它们的单位也是不同的。在国际计量单位中，静水压力的单位是牛顿（N）或千牛（kN）；静水压强的单位是帕斯卡（Pa或N/m²）或千帕（kPa或kN/m²）。

2.1.3 静水压强的特性

静水压强有两个重要的特性。

（1）静水压强的方向垂直并指向受压面。

如图2.2所示，有一平板AB，一侧有静水作用，其上点K受到的静水压强为p。若p不与平板AB面垂直，则可分解为两个分力，一个为垂直于平板AB的力p_n，一个为平行于平板AB的力p_s。静止的液体不能承受切力，任何微小的切力都会使液体发生流动。图中力p_s会使液体沿平板AB流动，这将与液体静止的条件相违背，所以p_s=0，故静水压强只能与平板AB面垂直。又因为液体不能承受拉力，所以静水压强只能垂直并指向受压面。

图2.2 静水压强方向分析

图2.3 同一点各向静水压强大小相等

（2）作用于同一点各方向的静水压强大小相等，或者说任一点静水压强的大小与受压面的方位无关。

如图2.3所示，某水域一角，B点为水平面AB与斜面BC的交点。依静水压强的第一个特性，若将B点放在水平面AB上，则B点的压强p₁应与AB面垂直，若将B点放在BC面上，则B点的压强p₂应与BC面垂直，那么静水压强的第二个特性的含义是，只要B点的空间位置是确定的，无论B点在哪个受力面上，其静水压强是一个定值，即p₁=p₂。

图2.4 静水压强特性的分析

静水压强的这一特性可依据静止液体受力平衡条件，通过数学分析得以证明，具体可参阅其他相关教材。这里仅做简单的分析说明。

如图2.4所示，C点为容器A与容器B连接段中的一点，容器A的液体对C点的压强为p₁，容器B的液体对C点的压强为p₂，若p₁≠p₂，则C点液体将在两个力差的作用下运动，这与静止液体的条件相违背，所以C点这两个方向的静水压强一定大小相等，即p₁=p₂。

综上所述，静水压强具有两个特性，即垂直性和各向等值性，这对分析静水压强的分布规律和计算静水压强具有重要意义。