«О сколько нам открытий чудных
готовит просвещенья дух. И опыт, сын
ошибок трудных, и гений – парадоксов друг»
А.С. Пушкин
Данная тема начинает новый раздел, который посвящен такой физической величине, как давление.
Рассмотрим ряд примеров. Если идти по рыхлому снегу, то можно провалиться в него. Но вот если идти по снегу на лыжах, то провалиться под снег достаточно сложно. В чем же причина? И в том и в другом случае происходит действие на снег с одинаковой силой – весом. Тем не менее, действие этой силы различно, потому что нагрузка на снег распределяется по-разному. Дело в том, что площадь лыж значительно больше площади ступней человека. Поэтому, на каждую единицу площади приходится значительно меньшая сила.
Рассмотрим другой пример: воткнуть острое копье в землю достаточно легко. Но вот если попытаться воткнуть в землю рукоять копья, то это достаточно сложно. Причина всё та же, площадь наконечника копья значительно меньше, чем площадь основания древка. Именно по той же причине, нарезать хлеб (или другие продукты) всегда проще острым ножом, чем тупым. А под острым ножом подразумевается нож, кромка которого наиболее тонкая, то есть, наиболее заточена. Именно из-за того, что у них есть остриё, вилки и ножи используются для накалывания и нарезания еды.
Проведем классический опыт: возьмем брусок и вобьём в него два гвоздя.
Теперь, перевернем брусок так, чтобы шляпки гвоздей оказались внизу и поставим эти шляпки на песок. На брусок положим небольшой груз. Даже под действием груза шляпки гвоздей лишь немного погрузятся в песок. Теперь перевернём брусок остриями гвоздей вниз и повторим опыт с тем же грузом. На этот раз, гвозди значительно углубятся в песок. Еще раз обратите внимание, что и в том, и в другом случае на всю конструкцию действует одинаковая сила – вес груза. Все дело в том, что остриё гвоздя имеет значительно меньшую площадь, чем шляпка. Таким образом, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует. Для характеристики этого действия вводится специальная величина, которая называется давлением. Давление p – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
,
где F – сила;
s – площадь, к которой приложена сила (нельзя путать с путём).
Известно, что в системе СИ сила измеряется в Н, а площадь – в м2. Поэтому, единицей давления является Н/м2. Такую единицу назвали паскалем (Па), в честь ученого Блеза Паскаля.
Итак, 1 Па – это давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность, площадь которой составляет 1 м2.
[ p ] = [Н/м2] = [Па]
Рассмотрим еще один пример. Люди, которые называют себя йогами, могут лечь на сотню гвоздей, при этом не поранившись.
В этом фокусе, на самом деле, ничего удивительного нет. Вес человека распределяется по всем гвоздям и, таким образом, давление на спину йога значительно уменьшается. То есть, площадь, на которую действует сила, складывается из суммарной площади всех гвоздей. Поэтому, чем больше будет таких гвоздей, тем меньшее давление вес человека будет создавать.
На определенное давление рассчитаны различные мины. Например, противотанковые мины, конечно, рассчитаны на то, что на площадь мины будет приходиться очень большой вес. Поэтому на человека такая мина просто не «среагирует».
Упражнения:
Задача 1. Определите, какое давление оказывает на лавочку сидящая на ней девочка, масса которой равна 42 кг. Площадь лавочки составляет 3 000 см2.
Задача 2. Бочка, стоящая на опоре, создает давление, равное 2 кПа. Когда на другую опору поставили бочку, масса которой вдвое меньше, давление на опору составило 1,2 кПа. Найдите отношение площади первой опоры к площади второй опоры.
Основные выводы:
– Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
– Давление обозначается р и измеряется в
[ p ] = [Н/м2] = [Па]
Задачи
