Коротко
Давление — это физическая величина, которая показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности. Оно определяет, насколько сильно тело давит на опору или среду, с которой контактирует. Понимание давления помогает объяснить, почему острые предметы режут лучше, а широкие опоры выдерживают больший вес, и используется в самых разных областях, от гидротехники до медицины.
Определение
Давление – это физическая величина, численно равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
Формула
p = F / S
- p — давление
- F — сила, действующая перпендикулярно поверхности
- S — площадь поверхности
Единицы измерения: паскаль (Па)
Как работает давление
Представьте, что вы стоите на полу. Ваш вес – это сила, с которой вы давите на пол. Эта сила распределяется по площади подошв вашей обуви. Если вы встанете на одну ногу, сила останется той же, но площадь опоры уменьшится. Соответственно, давление на пол увеличится. Именно поэтому легче провалиться в снег на узких лыжах или порезать что-то острым ножом: уменьшение площади контакта при той же силе приводит к увеличению давления.
Давление жидкостей и газов
Жидкости и газы, в отличие от твёрдых тел, оказывают давление не только на дно и стенки сосуда, но и на любое тело, погружённое в них. Это происходит потому, что молекулы жидкости и газа постоянно движутся и сталкиваются друг с другом и с поверхностями. Эти столкновения и создают давление. В жидкости давление увеличивается с глубиной из-за веса вышележащих слоёв. В газах давление зависит от температуры и объёма: чем выше температура или меньше объём, тем чаще молекулы сталкиваются и тем больше давление.
Почему важно уметь изменять давление
Умение увеличивать или уменьшать давление очень полезно в повседневной жизни и технике. Например, чтобы разрезать что-то, нам нужно высокое давление, поэтому ножи и ножницы делают острыми. Для этого же используют домкраты и гидравлические прессы, где маленькая сила на малой площади создаёт большое давление, способное поднять тяжёлые предметы. Наоборот, чтобы не проваливаться в снег или болото, мы используем лыжи или гусеницы тракторов, которые увеличивают площадь опоры и тем самым уменьшают давление на поверхность.
Как найти и применять
- Определите силу (F), которая действует перпендикулярно поверхности.
- Измерьте площадь (S) поверхности, на которую действует сила.
- Разделите значение силы (F) на значение площади (S).
- Полученный результат будет давлением (p).
- Укажите единицы измерения давления (Паскали).
Разбор задач
Задача 1
Давление, оказываемое человеком на пол. Масса человека 60 кг, площадь подошв его обуви составляет 0.03 м².
1. Сначала найдём силу, с которой человек давит на пол. Эта сила равна силе тяжести: F = m · g, где g ≈ 9.8 Н/кг (или 10 Н/кг для упрощения). F = 60 кг · 10 Н/кг = 600 Н. 2. Затем используем формулу давления: p = F / S. 3. p = 600 Н / 0.03 м² = 20000 Па. 4. Переведём в килопаскали: 20000 Па = 20 кПа.
Ответ: Давление человека на пол составляет 20 кПа.
Где это встречается
- Лыжи и снегоступы — Увеличивают площадь опоры человека, уменьшая давление на снег и предотвращая проваливание.
- Острые инструменты (ножи, иглы) — Имеют очень маленькую площадь контакта, что при приложении даже небольшой силы создает очень большое давление, достаточное для разрезания или прокалывания материала.
- Гидравлические системы (тормоза автомобиля, домкраты) — Используют принцип Паскаля, где небольшое давление, созданное в одном месте, передаётся через жидкость на большую площадь, создавая значительно большую силу.
- Медицинские шприцы — Тонкая игла имеет малую площадь, что позволяет при небольшом усилии приложить большое давление для прокалывания кожи.
- Гусеницы тракторов и танков — Распределяют вес тяжёлой машины на большую площадь, уменьшая давление на грунт и позволяя технике двигаться по бездорожью или мягким почвам.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Давление — это сила. | Давление — это отношение силы к площади. | Путают саму силу с результатом её действия на определённую площадь. Можно приложить большую силу, но получить маленькое давление, если площадь очень большая. |
| Давление зависит только от силы. | Давление зависит и от силы, и от площади, на которую эта сила действует. | Забывают про второй компонент формулы — площадь. Например, стоя на одной ноге и на двух, человек прикладывает одинаковую силу (свой вес), но давление разное из-за разной площади опоры. |
| Давление в жидкости не зависит от глубины. | Давление в жидкости увеличивается с глубиной. | Не учитывают вес вышележащих слоёв жидкости, которые создают дополнительное давление. С каждым метром глубины столб жидкости над телом становится выше и тяжелее. |
Не путать
- Сила — Сила — это мера воздействия одного тела на другое, измеряется в Ньютонах (Н). Давление — это сила, приходящаяся на единицу площади, измеряется в Паскалях (Па). Давление описывает, как сила распределяется по поверхности.
- Вес — Вес — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес из-за гравитации, измеряется в Ньютонах (Н). Давление — это результат воздействия веса (или любой другой силы) на определённую площадь.
Откуда взялось понятие
Понятие давления было известно с давних времён, но его физический смысл и количественные законы были сформулированы в 17 веке. Блез Паскаль в 1653 году открыл основной закон гидростатики, носящий его имя, который описывает передачу давления в жидкостях и газах.
Как запомнить
Давление — это когда сила давит на площадь.
Проверь себя
3 задания-
Определите давление, создаваемое кирпичом массой 2 кг, если его грань размером 20 см на 10 см лежит на поверхности. (g = 10 Н/кг)
Ответ
F = 2 кг * 10 Н/кг = 20 Н. S = 0.2 м * 0.1 м = 0.02 м². p = 20 Н / 0.02 м² = 1000 Па. -
На какую площадь нужно распределить силу в 500 Н, чтобы давление не превышало 1000 Па?
Ответ
S = F / p = 500 Н / 1000 Па = 0.5 м². -
Давление на дне аквариума 15 кПа. Какую силу испытывает квадратное дно со стороной 30 см?
Ответ
S = 0.3 м * 0.3 м = 0.09 м². F = p * S = 15000 Па * 0.09 м² = 1350 Н.
Частые вопросы
Почему давление газа в закрытом сосуде постоянно?
Давление газа в закрытом сосуде постоянно, потому что молекулы газа находятся в постоянном хаотическом движении и с одинаковой частотой и силой сталкиваются со стенками сосуда во всех направлениях. Если температура и объём не меняются, то и частота, и сила этих ударов остаются неизменными.
Что такое атмосферное давление?
Атмосферное давление — это давление, которое оказывает атмосфера Земли на все находящиеся в ней предметы. Оно создаётся весом столба воздуха над поверхностью. Это давление не чувствуется нами напрямую, потому что оно действует равномерно со всех сторон.
Почему на большой высоте труднее дышать?
На большой высоте труднее дышать, потому что атмосферное давление там ниже. Меньшее давление означает, что в том же объёме воздуха содержится меньше молекул кислорода. Организм получает меньше кислорода при каждом вдохе.
Как давление связано с кипением воды?
Давление сильно влияет на температуру кипения воды. При нормальном атмосферном давлении вода кипит при 100°C. При пониженном давлении (например, высоко в горах) вода закипает при более низкой температуре, а при повышенном давлении (например, в скороварке) — при более высокой температуре.
Спросить про это понятие
Давление
Где это изучается
16 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.
Понятия рядом
Их разбирают в тех же параграфах, что и это понятие.