Давление и сила давления

  Давление и сила давления

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).

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

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).

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).

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

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).

Давлением называется физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно некоторой поверхности, к площади этой поверхности

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  , в честь французского ученого Блеза Паскаля

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:

гекто паскаль (гПа)     1 гПа = 100 Па = 10 2  Па;

кило паскаль (кПа)               1 кПа = 1000 Па 10 3  Па;

мега паскаль (МПа)   1 МПа = 1000000 Па =10 6  Па.

 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.

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 брусок оказывает на опору меньшее давление, а во втором – большее.

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

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