2020-04-20
696
Чтобы понять, что такое давление в физике, рассмотрим простой и знакомый каждому пример. Какой?
В ситуации, когда надо порезать колбасу, мы воспользуемся наиболее острым предметом – ножом, а не ложкой, расческой или пальцем. Ответ очевиден – нож острее, и вся прикладываемая нами сила распределяется по очень тонкой кромке ножа, принося максимальный эффект в виде отделения части предмета, т.е. колбасы. Другой пример – мы стоим на рыхлом снегу. Ноги проваливаются, идти крайне неудобно. Почему же тогда мимо нас с легкостью и на большой скорости проносятся лыжники, не утопая и не путаясь все в таком же рыхлом снегу? Очевидно, что снег одинаков для всех, как для лыжников, так и для пешеходов, а вот оказываемое на него воздействие – различно.
При примерно схожем давлении, то есть весе, площадь поверхности, давящей на снег, сильно различается. Площадь лыж намного больше площади подошвы обуви, и, соответственно, вес распределяется по большей поверхности. Что же помогает или, наоборот, мешает нам эффективно воздействовать на поверхность? Почему острый нож качественнее разрезает хлеб, а плоские широкие лыжи лучше удерживают на поверхности, уменьшая проникновение в снег? В курсе физики седьмого класса для этого изучают понятие давления.
Давление в физике
Силу, которую прикладывают к какой-либо поверхности, называют силой давления. А давление – это физическая величина, которая равна отношению силы давления, приложенной к конкретной поверхности, к площади этой поверхности. Формула расчета давления в физике имеет следующий вид:
p=F/s,
где p – давление,
F – сила давления,
s – площадь поверхности.
Мы видим, как обозначается давление в физике, а также видим, что при одной и той же силе давление больше в случае, когда площадь опоры или, другими словами, площадь соприкосновения взаимодействующих тел, меньше. И, наоборот, с увеличением площади опоры, давление уменьшается. Именно поэтому, более острый нож лучше разрезает любое тело, а гвозди, забиваемые в стену, делают с острыми кончиками. И именно поэтому, лыжи удерживают на снегу гораздо лучше, чем их отсутствие.
Единицы измерения давления
Единицей измерения давления является 1 ньютон на метр квадратный – это величины, уже известные нам из курса седьмого класса. Также мы можем перевести единицы давления Н/м2 в паскали, - единицы измерения, названные в честь французского ученого Блеза Паскаля, который вывел, так называемый, Закон Паскаля. 1 Н/м = 1 Па. На практике применяются также и другие единицы измерения давления – миллиметры ртутного столба, бары и так далее.
22
Способы уменьшения и увеличения давления
Мальчик 10 лет, идущий по земле, производит давление на нее в размере примерно 15 кПа. А огромный и мощный гусеничный трактор, весом в сотни раз больше мальчика, производит давление на землю около 50 Кпа, то есть, всего лишь в три раза больше. Это достигается за счет применения гусениц и увеличения площади соприкосновения трактора с Землей. Это пример уменьшения давления.
Твердую металлическую проволоку часто очень трудно согнуть, не то что сломать, и она может выдержать приличные нагрузки, но при этом, применив специальные ножницы по металлу, почти всякому по силам разрезать проволоку на части. В данной ситуации при небольшой, казалось бы, силе давления достигается ощутимый эффект благодаря уменьшению площади соприкасающихся поверхностей. Острые грани ножниц во много раз усиливают наши пальцы и помогают разрезать крепкую проволоку почти так же легко, как хлеб или колбасу. Это пример увеличения давления.
Человек изобрел множество способов увеличения или уменьшения давления, в зависимости от потребности. Значительно уменьшая площадь, и незначительно увеличивая силу производимого давления, можно в десятки и сотни раз повысить производимое давление. И наоборот, увеличив площадь опоры, мы в разы уменьшим давление на поверхность или тело. Приведем примеры увеличения и уменьшения давления.
Примеры увеличения и уменьшения давления
Шины тяжелых грузовых автомобилей и шасси самолетов делают очень широкими по сравнению с легковыми. Все знают, что вездеход может проехать по практически любой местности, часто недоступной для человека. А достигается это во многом именно благодаря применению гусениц, во много раз увеличивающих площадь соприкосновения с Землей. Для увеличения проходимости луно- и марсоходов увеличивается количество и площадь поверхности их колес.
С другой стороны, часто встречаются ситуации, когда нам, наоборот, необходимо увеличить давление, не увеличивая в разы применяемую силу. Например, чтобы вдавить в дерево канцелярскую кнопку, нам не нужен молоток и другие методы силового воздействия. Достаточно надавить пальцем. Это достигается уменьшением площади соприкасающихся поверхностей или, если по-простому, то кнопка имеет очень тонкое острие. С той же целью максимально затачивают ножи, ножницы, пилы, иглы, резцы и прочие инструменты. Острые края имеют маленькую площадь соприкосновения с обрабатываемой поверхностью, благодаря чему малой силой воздействия создается значительное давление, и работа с такими инструментами становится заметно легче. С той же целью остро отточены когти, клыки и шипы в дикой природе. Это колющие либо режущие приспособления, с помощью которых облегчают себе жизнь братья наши меньшие.
23
Давление газа
Попробуйте растянуть воздушный шарик руками. В длину, в ширину. Прикиньте на глазок или замерьте расстояние, на которое вам удалось его растянуть. А теперь надуйте шарик.
И сравните длину и ширину надутого шарика с тем расстоянием, на которое вам удавалось его растянуть. Практически в ста процентах случаев оказывается, что воздух, самый обыкновенный воздух, которым вы дышите, справился значительно лучше ваших мышц. Поразительно, не правда ли? Точно так же мы накачиваем камеры машин и велосипедов, мячи для спортивных игр, и после качественной накачки мы абсолютно не в состоянии сжать руками воздух внутри камеры или мяча. Отчего так происходит? Почему воздух оказывается намного сильнее нас, не имея ни мускулов, ни приспособлений для этого? Это явление носит название давление газа и проходится в седьмом классе на уроках физики.
