Давление

1. Одна и та же сила может оказывать различное действие

Когда ка­кое-ли­бо тело стоит на опоре, оно своим весом дей­ству­ет на эту опору. А имеет ли зна­че­ние, как рас­по­ло­жить это тело на опоре? Будет ли оно ле­жать на боль­шей или на мень­шей своей грани? Имен­но это нам и пред­сто­ит изу­чить се­год­ня на уроке (Рис. 1).

Одна и та же сила (вес тела) может быть рас­пре­де­ле­на по раз­ной пло­ща­ди

Рис. 1. Одна и та же сила (вес тела) может быть рас­пре­де­ле­на по раз­ной пло­ща­ди

Еще один при­мер. Да­вай­те по­про­бу­ем от­ре­зать ку­со­чек хлеба двумя раз­ны­ми но­жа­ми. По­че­му при одной же силе, ко­то­рую мы при­кла­ды­ва­ем к каж­до­му ножу, по­лу­ча­ет­ся раз­ный ре­зуль­тат? Один нож режет хлеб плохо, он боль­ше ло­ма­ет его, а дру­гой – иде­аль­но (Рис. 2).

Раз­ные ножи по-раз­но­му режут хлеб

Рис. 2. Раз­ные ножи по-раз­но­му режут хлеб

Все дело в том, на­сколь­ко хо­ро­шо за­то­че­на ре­жу­щая кром­ка лез­вия этих ножей. Чем тонь­ше ре­жу­щая кром­ка, тем нож режет лучше.

Что зна­чит лучше? Это зна­чит, что в обоих слу­ча­ях мы ока­зы­ва­ли одну и ту же силу, но ре­зуль­тат дей­ствия этой силы был раз­ным. Все дело в том, что пло­щадь, по ко­то­рой рас­пре­де­ле­на эта сила, была раз­ной.

Каж­дый из вас может при­ве­сти огром­ное ко­ли­че­ство при­ме­ров из соб­ствен­но­го жиз­нен­но­го опыта. Это си­ту­а­ция, когда мы стоим на рых­лом снегу на лыжах или про­сто на ногах. В одном слу­чае мы не будем про­ва­ли­вать­ся, в дру­гом – глу­бо­ко по­гряз­нем в снегу. Ост­рая игла будет про­ка­лы­вать ткань лучше, чем игла с за­туп­лен­ным кон­цом (Рис. 3).

Ост­рая и за­туп­лен­ная иглы по-раз­но­му про­ка­лы­ва­ют ткань

Рис. 3. Ост­рая и за­туп­лен­ная иглы по-раз­но­му про­ка­лы­ва­ют ткань

Все это сви­де­тель­ству­ет о том, что из­ме­не­ние пло­ща­ди, по ко­то­рой рас­пре­де­ле­на одна и та же сила, при­во­дит к тому, что ре­зуль­тат дей­ствия этой силы ока­зы­ва­ет­ся раз­лич­ным.

2. Давление и сила давления

В нашем об­суж­де­нии по­сто­ян­но участ­ву­ют такие фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны:

· сила, дей­ству­ю­щая пер­пен­ди­ку­ляр­но неко­то­рой по­верх­но­сти (стола, ба­то­на хлеба, снега и т. д.);

· пло­щадь, по ко­то­рой эта сила рас­пре­де­ле­на (пло­щадь грани брус­ка ре­жу­щей кром­ки ножа, лыж).

Чем боль­ше ве­ли­чи­на силы (обо­зна­чим ее сим­во­лом F) и чем мень­ше пло­щадь по­верх­но­сти, по ко­то­рой она рас­пре­де­ле­на (обо­зна­чим ее сим­во­лом S), тем боль­ше ре­зуль­тат дей­ствия этой силы. Сле­до­ва­тель­но, ре­зуль­тат дей­ствия силы на неко­то­рую по­верх­ность за­ви­сит не от самих этих ве­ли­чин, а от их от­но­ше­ния. Это от­но­ше­ние на­зы­ва­ет­ся дав­ле­ни­ем и обо­зна­ча­ет­ся ла­тин­ской бук­вой р (от слова pressure – дав­ле­ние).

Эта фор­му­ла пред­став­ля­ет собой опре­де­ле­ние новой фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны – дав­ле­ния

Рис. 4. Эта фор­му­ла пред­став­ля­ет собой опре­де­ле­ние новой фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны – дав­ле­ния

Дав­ле­ни­ем на­зы­ва­ет­ся фи­зи­че­ская ве­ли­чи­на, рав­ная от­но­ше­нию силы, дей­ству­ю­щей пер­пен­ди­ку­ляр­но неко­то­рой по­верх­но­сти, к пло­ща­ди этой по­верх­но­сти (Рис. 4).

Сила, дей­ству­ю­щая пер­пен­ди­ку­ляр­но неко­то­рой по­верх­но­сти, на­зы­ва­ет­ся силой дав­ле­ния.

Роль силы дав­ле­ния может вы­пол­нять вес тела или любая дру­гая сила упру­го­сти.

В си­сте­ме СИ сила из­ме­ря­ет­ся в нью­то­нах, пло­щадь – в квад­рат­ных мет­рах. Таким об­ра­зом, дав­ле­ние из­ме­ря­ет­ся в нью­то­нах на квад­рат­ный метр. Эта еди­ни­ца дав­ле­ния имеет осо­бое на­зва­ние – пас­каль (Рис. 6), в честь фран­цуз­ско­го уче­но­го Блеза Пас­ка­ля (Рис. 5).

Блез Пас­каль (1623–1662)

Рис. 5. Блез Пас­каль (1623–1662)

Дав­ле­ние в си­сте­ме СИ из­ме­ря­ет­ся в пас­ка­лях

Рис. 6. Дав­ле­ние в си­сте­ме СИ из­ме­ря­ет­ся в пас­ка­лях

Один пас­каль (Па) – это дав­ле­ние, со­зда­ва­е­мое силой дав­ле­ния в 1 нью­тон, рав­но­мер­но рас­пре­де­лен­ной по по­верх­но­сти пло­ща­дью один квад­рат­ный метр.

Один пас­каль – неболь­шое дав­ле­ние. При­мер­но такое дав­ле­ние со­зда­ет ле­жа­щий на столе ли­сток из школь­ной тет­ра­ди. По­это­му очень часто ис­поль­зу­ют крат­ные еди­ни­цы дав­ле­ния:

гек­то­пас­каль (гПа)               1 гПа = 100 Па = 102 Па;

ки­ло­пас­каль (кПа)               1 кПа = 1000 Па = 103 Па;

ме­га­пас­каль (МПа)              1 МПа = 1000000 Па = 106 Па.

3. Как управляют величиной давления

Те­перь мы можем вер­нуть­ся к во­про­су, ко­то­рый об­суж­дал­ся в самом на­ча­ле этого урока: за­ви­сит ли дей­ствие тела на по­верх­ность от того, какой гра­нью мы по­ло­жи­ли его на ту по­верх­ность.

Сила рас­пре­де­ле­на по боль­шей пло­ща­ди

Рис. 7а. Сила рас­пре­де­ле­на по боль­шей пло­ща­ди

Та же сила рас­пре­де­ле­на по мень­шей пло­ща­ди

Рис. 7б. Та же сила рас­пре­де­ле­на по мень­шей пло­ща­ди

В пер­вом слу­чае сила дав­ле­ния брус­ка (его вес) рас­пре­де­ле­на по боль­шей пло­ща­ди, а во вто­ром – по мень­шей. По­сколь­ку в фор­му­ле для вы­чис­ле­ния дав­ле­ния пло­щадь стоит в зна­ме­на­те­ле дроби, мы по­лу­ча­ем, что в пер­вом слу­чае (рис. 7а) бру­сок ока­зы­ва­ет на опору мень­шее дав­ле­ние, а во вто­ром (рис. 7б) – боль­шее.

Итак, для того чтобы уве­ли­чить дав­ле­ние, нужно умень­шить пло­щадь, по ко­то­рой рас­пре­де­ле­на сила дав­ле­ния. По­это­му ре­жу­щие кром­ки ин­стру­мен­тов необ­хо­ди­мо за­та­чи­вать (Рис. 8).

 

Ре­жу­щие кром­ки ножей, пил и дру­гих ин­стру­мен­тов за­та­чи­ва­ют для умень­ше­ния пло­ща­ди, по ко­то­рой рас­пре­де­ле­на при­ло­жен­ная к ним сила

Рис. 8. Ре­жу­щие кром­ки ножей, пил и дру­гих ин­стру­мен­тов за­та­чи­ва­ют для умень­ше­ния пло­ща­ди, по ко­то­рой рас­пре­де­ле­на при­ло­жен­ная к ним сила

В тех слу­ча­ях, когда дав­ле­ние необ­хо­ди­мо не уве­ли­чи­вать, а умень­шать, этого можно до­стиг­нуть путем уве­ли­че­ния пло­ща­ди по­верх­но­сти, к ко­то­рой при­ло­же­на сила. На­при­мер, для умень­ше­ния дав­ле­ния шины гру­зо­вых ав­то­мо­би­лей де­ла­ют шире, чем шины лег­ко­вых ав­то­мо­би­лей. Для того чтобы тя­же­лый трак­тор или танк не про­ва­ли­вал­ся в рых­лый грунт, на них уста­нав­ли­ва­ют не ко­ле­са, а ши­ро­кие и длин­ные гу­се­ни­цы (Рис. 9).

Для умень­ше­ния дав­ле­ния на грунт на тя­же­лые танки и трак­то­ра уста­нав­ли­ва­ют не ко­ле­са, а гу­се­ни­цы

Рис. 9. Для умень­ше­ния дав­ле­ния на грунт на тя­же­лые танки и трак­то­ра уста­нав­ли­ва­ют не ко­ле­са, а гу­се­ни­цы

Последнее изменение: Вторник, 22 Май 2018, 11:28