Давление

Введение

Физика помогает нам понять, как устроен мир вокруг нас. Почему ледокол не тонет, а игла — да? Почему воздушный шарик лопается, если его сильно надуть, и почему гвоздь легко входит в дерево острым концом?
Ответ на все эти вопросы связан с важным физическим явлением — давлением.
Изучая давление, человек научился создавать машины, летательные аппараты, подводные лодки и даже управлять силой жидкости и воздуха. В этой теме мы разберём, что такое давление, от чего оно зависит и как проявляется в разных состояниях вещества.

Что такое давление

В физике давление — это физическая величина, которая показывает, с какой силой действует тело на единицу площади поверхности.
Важно помнить, что давление зависит не только от силы, но и от площади, на которую эта сила действует.

Формула давления:

​

где
 — давление,
 — сила, действующая перпендикулярно поверхности,
 — площадь поверхности, на которую действует сила.

Единица давления в СИ — паскаль (Па):

​

Это очень маленькая величина, поэтому в практике часто используют килопаскали (кПа) или атмосферы (атм). Давление воздуха на уровне моря равно примерно 101 325 Па, то есть 1 атмосфере.

Примеры из жизни

1. Острый нож режет лучше тупого, так как сила давления сосредоточена на малой площади лезвия.

2. Под каблуком-шпилькой давление на пол больше, чем под широкой подошвой.

3. Гусеницы танков и широкие лыжи уменьшают давление, чтобы не проваливаться в мягкий грунт или снег.

Давление твёрдых тел

Твёрдые тела оказывают давление на поверхность, на которую опираются, своей силой тяжести.
Если уменьшить площадь опоры — давление увеличивается, если увеличить — уменьшается.
Поэтому под тяжёлые предметы подкладывают доски, а режущие инструменты делают острыми.

Давление жидкостей и газов

Жидкости и газы тоже создают давление, но действуют во все стороны, потому что их частицы находятся в непрерывном движении и сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда.

Закон Паскаля:
Если на жидкость или газ в замкнутом сосуде оказывают давление, то оно передаётся одинаково во все стороны.

Формула давления жидкости на глубине:

где
 — плотность жидкости,
 — ускорение свободного падения (≈ 9,8 м/с²),
 — глубина.

Вывод: чем глубже точка в жидкости, тем больше давление.

Атмосферное давление

Земля окружена огромным слоем воздуха — атмосферой. Воздух имеет массу и, следовательно, оказывает давление на всё вокруг. Это и есть атмосферное давление.

На уровне моря оно равно примерно 101 325 Па (760 мм рт. ст.).
С высотой давление уменьшается, потому что над нами становится меньше воздуха.

Опыт Торричелли (1643 год):
Итальянский учёный Эванджелиста Торричелли наполнил трубку ртутью и перевернул её в сосуд. Часть ртути осталась в трубке, образовав столб высотой около 760 мм.
Так было впервые доказано существование атмосферного давления.

Измерение давления

• Для измерения давления жидкостей и газов применяют манометры.

• Для атмосферного давления — барометры (жидкостные или анероидные).

Барометры-анероиды удобны тем, что не содержат жидкости: давление изменяет форму металлической коробочки, и стрелка показывает его значение.

Применение давления в технике

1. Гидравлический пресс — передаёт давление жидкости с малого поршня на большой, увеличивая силу.

2. Гидравлические тормоза — используются в машинах и велосипедах.

3. Домкраты, шприцы, подъёмники — все работают по закону Паскаля.

Итоги

• Давление показывает, как сила распределяется по площади.

• Чем больше сила и меньше площадь, тем больше давление.

• Жидкости и газы передают давление во все стороны (закон Паскаля).

• Атмосферное давление — давление воздуха на Землю.

• Единица давления — паскаль (Па).

Вопросы для самопроверки

1. Что такое давление и какова его формула?

2. Почему острые предметы режут лучше тупых?

3. Как давление зависит от площади поверхности?

4. Как изменяется давление жидкости с глубиной?

5. Как звучит закон Паскаля?

6. Что такое атмосферное давление и чему оно равно на уровне моря?

7. В чём заключался опыт Торричелли?

8. Какие приборы используют для измерения давления и атмосферного давления?

9. Где применяется закон Паскаля в технике?

10. Почему человек в лыжах не проваливается в снег?