Давление. Давление твердых тел. Единицы давления. Способы

Билет 11. Давление. Давление твердых тел. Единицы давления. Способы повышения,
уменьшения давления. Давление в природе и технике.
По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге.
Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без
лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие
этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую
давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше
площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует каждый квадратный
сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.
Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой.
Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.
Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и
точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена
(перпендикулярно которой она действует).
Этот вывод подтверждают опыты.
Опыт. Результат действия данной силы зависит от того, какая сила действует на единицу площади
поверхности.
В углы небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на
песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь
незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие.
В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно
углубляются в песок.
Опыт. Вторая иллюстрация.
От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат
действия этой силы.
В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес
человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку,
перпендикулярна поверхности доски.
Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к
площади этой поверхности, называется давлением.
Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности,
разделить на площадь поверхности:
давление = сила / площадь.
Обозначим величины, входящие в это выражение: давление - p, сила, действующая на
поверхность, - F и площадь поверхности - S.
Тогда получим формулу:
p = F/S.
Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить
большее давление.
За единицу давления, принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н,
действующая на поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно этой поверхности.
Единица давления - ньютон на квадратный метр ( 1 Н / м2 ). В честь французского
ученого Блеза Паскаля она называется паскалем (Па). Таким образом,
1 Па = 1 Н / м2 .
Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).
1 кПа = 1000 Па;
1 гПа = 100 Па;
1 Па = 0,001 кПа;
1 Па = 0,01 гПа;
Способы уменьшения и увеличения давления.
Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 - 50 кПа, т. е. всего в 2
- 3 раза больше, чем давления мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора
распределяется на бóльшую площадь. А мы установили, чточем больше площадь опоры,
тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.
В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры
увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление
возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.
Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых.
Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в
пустынях.
Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц,
проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.
С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести
большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около
50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм², то давление, производимое ею, равно:
p = 50 Н/ 0, 000 001 м² = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.
Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным
трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.
Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.)
специально остро оттачивается. Потому-что острое лезвие имеет маленькую площадь,
поэтому при помощи даже малой силы создается большее давление, и таким инструментом
легко работать.
Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы,
шипы и др. - все они из твердого материала, гладкие и очень острые.