"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Давление показывает, как действие силы распределяется по площади поверхности. Оно зависит не только от силы, с которой тело давит, но и от площади соприкосновения: чем меньше площадь при той же силе, тем больше давление. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов встречается в быту и технике. Знание этой величины помогает понять действие лыж, гвоздей, ножей, широких опор и многих машин.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сила давления — сила, с которой одно тело действует на поверхность другого тела. Например, брусок действует на стол силой, равной его весу, если покоится. Эта величина показывает само действие тела и измеряется в ньютонах.
Давление — физическая величина, равная отношению силы давления к площади поверхности, на которую она действует. Оно показывает, насколько сильно действие распределено по поверхности. Давление нужно, чтобы сравнивать действия сил на участки разной площади.
Площадь опоры — площадь участка соприкосновения тела с поверхностью. Для стоящего на столе бруска это площадь его основания, а не площадь всех граней. Именно эта площадь входит в расчёт давления.
Паскаль — единица измерения давления: 1 Па равен давлению силы 1 Н на площадь 1 м². Давление обозначают буквой p, силу давления — F, а площадь опоры — S. Поэтому основную формулу записывают так: p = F/S.
Одно и то же тело может действовать на поверхность по-разному, если изменить площадь соприкосновения. Каблук и подошва могут передавать примерно одинаковую силу, но каблук касается пола меньшим участком. Поэтому действие каблука на каждый квадратный метр пола оказывается сильнее.
Из определения давления следует формула p = F/S. Чтобы найти давление, силу давления делят на площадь опоры: сначала определяют F и S, затем подставляют их в формулу. В СИ сила должна быть выражена в ньютонах, площадь — в квадратных метрах, а результат получится в паскалях.
При неизменной силе давление обратно зависит от площади опоры. Если площадь уменьшить в два раза, каждый участок поверхности получает в два раза большую долю действия силы, поэтому давление увеличивается в два раза. Если площадь увеличить в несколько раз, давление во столько же раз уменьшится.
Твёрдое тело обычно давит на опору или на другую поверхность в месте контакта. Жидкость действует на дно и стенки сосуда, потому что её частицы передают действие во все стороны. Газ также давит на стенки сосуда и другие поверхности: его частицы движутся и ударяют по ним.
В технике и быту давление изменяют специально. Остриём гвоздя, ножом или иглой площадь действия уменьшают, чтобы получить большое давление при небольшой силе. Лыжи, снегоступы, широкие колёса и фундаменты увеличивают площадь опоры, чтобы уменьшить давление и не проваливаться или не разрушать поверхность.
| Вид тела | На что действует | От чего зависит давление | Как изменить давление | Пример |
|---|---|---|---|---|
| Твёрдое тело | На опору или другую поверхность в месте контакта | От силы давления и площади опоры | Увеличить силу или уменьшить площадь; уменьшить силу или увеличить площадь | Брусок, гвоздь, лыжи |
| Жидкость | На дно и стенки сосуда, погружённые тела | От силы действия жидкости, площади поверхности и условий её расположения | Изменить количество жидкости, площадь или условия, при которых она действует на поверхность | Вода давит на дно ведра |
| Газ | На стенки сосуда и окружающие поверхности | От действия частиц газа на поверхность и условий, в которых находится газ | Изменить количество газа, объём или условия его сжатия | Воздух давит на стенки накачанной шины |
В таблице сначала определяют, какое тело действует на поверхность, а затем находят силу и площадь действия. Для твёрдого тела формулу p = F/S обычно применяют непосредственно. Для жидкостей и газов конкретный способ расчёта зависит от условий задачи.
Столбец «Как изменить давление» помогает выбрать практический способ: увеличить или уменьшить силу действия либо изменить площадь. В реальной ситуации нужно учитывать, что у жидкостей и газов давление зависит также от их состояния и расположения.
Брусок действует на горизонтальную поверхность с силой 60 Н, а площадь его основания равна 0,03 м². Все величины уже даны в единицах СИ. Нужно определить давление, поэтому используем отношение силы к площади.
Ответ: давление бруска равно 2000 Па.
Масса лыжника не меняется, значит, не меняется и сила его давления на снег. Площадь лыж становится в два раза больше. При постоянной силе давление обратно пропорционально площади.
Ответ: давление лыжника уменьшится в два раза.
Пусть известны массы двух брусков m₁ и m₂ и площади их оснований S₁ и S₂. Сравнивать только массы или только площади нельзя: давление зависит сразу от обеих величин. Сначала для каждого бруска находят силу давления, затем вычисляют давления.
Ответ: большее давление оказывает брусок с большим рассчитанным значением p, даже если его масса не максимальна.
Путают силу давления с давлением. Сила измеряется в ньютонах и показывает действие тела, а давление измеряется в паскалях и учитывает ещё площадь. Проверьте себя по единице ответа и по наличию деления F на S.
Берут площадь всей поверхности тела вместо площади опоры. В формулу нужно подставлять только участок, который касается поверхности. Чтобы не ошибиться, мысленно отделите тело от опоры и определите площадь оставшегося пятна контакта.
Считают, что увеличение площади всегда увеличивает давление. При постоянной силе происходит наоборот: в формуле площадь стоит в знаменателе. Проверьте рассуждение на примере лыж: широкие лыжи уменьшают давление на снег.
Подставляют площадь в квадратных сантиметрах или силу в килограммах. Формула требует единиц СИ: площадь переводят в м², а силу выражают в Н, например через F = mg. Перед вычислением выпишите единицы всех данных.
Для изучения давления нужны понятия силы, веса тела, площади и единиц измерения физических величин. Без них трудно правильно определить силу давления и выбрать площадь опоры.
Эта тема подготавливает изучение давления жидкостей, газов и атмосферы. Она также помогает понять устройство машин и требования безопасности для сооружений.
Зависимость давления от силы и площади объясняет действие лыж, гвоздей, режущих инструментов и широких опор. Один и тот же закон позволяет как увеличить давление, так и уменьшить его.
Чем давление отличается от силы давления?
Сила давления — это действие одного тела на поверхность другого тела, она измеряется в ньютонах. Давление показывает, как эта сила распределена по площади, и измеряется в паскалях.
Почему острый нож режет лучше тупого?
При одинаковой силе нажатия острое лезвие соприкасается с продуктом меньшей площадью. Поэтому давление на продукт получается больше, и нож легче разрезает его.
Почему лыжи и снегоступы уменьшают давление на снег?
Они увеличивают площадь опоры человека. При неизменной силе тяжести давление на снег уменьшается, поэтому лыжник или человек на снегоступах меньше проваливается.
Как определить площадь опоры тела?
Нужно найти площадь той части поверхности тела, которая непосредственно соприкасается с опорой. Если опорных участков несколько, их площади складывают.
Оказывают ли давление жидкости и газы?
Да, жидкости давят на дно и стенки сосуда, а газы — на стенки сосуда и окружающие тела. Давление возникает из-за действия жидкости или газа на поверхность.
2. Давления, оказываемые различными телами
