"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Давление показывает, насколько сильно тело действует на поверхность. Оно зависит не только от силы, но и от площади соприкосновения: одинаковая сила на маленькой площади создаёт большее давление, чем на большой. Давление обозначают буквой p и находят по формуле p = F/S, где F — сила давления, а S — площадь опоры. Единица давления — паскаль (Па). Понимание этой связи помогает объяснить, почему нож делают острым, а лыжи — широкими.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Давление — физическая величина, показывающая, насколько сильно тело действует на поверхность. Его обозначают маленькой буквой p. Давление нужно, чтобы сравнивать действие тел на поверхности: одна и та же сила может действовать по-разному, если меняется площадь соприкосновения.
Сила давления — сила, с которой тело действует на опору или другую поверхность. Её обозначают буквой F и измеряют в ньютонах. Эта величина показывает, насколько сильно тело нажимает на поверхность, но сама по себе ещё не говорит, распределено ли действие по большой или маленькой площади.
Площадь опоры — площадь той части поверхности тела, которая соприкасается с опорой. Её обозначают буквой S и обычно измеряют в квадратных метрах. Площадь нужна, чтобы понять, на какой участок поверхности приходится сила: при одной и той же силе меньший участок испытывает большее давление.
Паскаль — единица измерения давления в Международной системе единиц. Её обозначают Па; один паскаль равен давлению силы 1 Н на площадь 1 м². Эта единица позволяет записывать результаты расчётов одинаково и сравнивать давление в разных задачах.
Когда тело касается опоры, оно действует на неё с силой. Например, стоящая на полу коробка давит на пол, потому что Земля притягивает коробку вниз, а коробка прижимается к поверхности. Сила распределяется по участку соприкосновения, поэтому для описания действия важно знать не только величину силы, но и площадь этого участка.
Чтобы сравнить действие силы на поверхности разной площади, силу давления делят на площадь опоры. Так получают, какая сила приходится на каждый квадратный метр поверхности, и это отношение называют давлением. Запись формулы выглядит так: p = F/S. Если сила равна 10 Н, а площадь опоры — 2 м², на каждый квадратный метр приходится 5 Н, то есть давление составляет 5 Па.
Если площадь остаётся прежней, увеличение силы означает, что на каждый участок поверхности приходится больше действия. Поэтому давление растёт вместе с силой. Если же сила не меняется, а площадь опоры становится больше, эта сила распределяется по большей поверхности и давление уменьшается.
В жизни давление меняют двумя способами: меняют силу или площадь соприкосновения. Чтобы уменьшить давление тяжёлого предмета на пол, можно распределить его вес на более широкую опору; чтобы увеличить давление, можно сосредоточить действие на маленьком участке. Острый край предмета создаёт большее давление, чем широкий, если сила одинакова.
Для расчёта давления сила должна быть выражена в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах. Тогда деление единиц даёт Н/м², а такая единица называется паскалем: 1 Па = 1 Н/м². Если площадь дана, например, в квадратных сантиметрах, её сначала переводят в квадратные метры, иначе ответ в паскалях будет неверным.
| Величина | Обозначение | Единица измерения | Как влияет на давление |
|---|---|---|---|
| Давление | p | паскаль (Па) | Показывает действие силы на единицу площади |
| Сила давления | F | ньютон (Н) | При увеличении силы давление растёт |
| Площадь опоры | S | квадратный метр (м²) | При увеличении площади давление уменьшается |
| Формула давления | p = F/S | p измеряется в Па | Сила делится на площадь опоры |
Сначала найди в задаче силу и площадь, затем проверь их единицы измерения. Подставь значения в формулу и выполни деление. Если известны давление и сила, формулу можно преобразовать: S = F/p.
Задача 1. Тело действует на опору с силой 100 Н, площадь опоры равна 0,02 м². Найти давление. Площадь уже дана в квадратных метрах, поэтому её можно сразу подставить в формулу. Требуется разделить силу на площадь.
Ответ: давление равно 5000 Па.
Задача 2. Первое тело действует с силой 200 Н на площадь 0,1 м², второе — с силой 300 Н на площадь 0,3 м². Сравнить их давления. Нельзя решить задачу, посмотрев только на силы: у тел различаются и площади опоры. Поэтому сначала найдём давление каждого тела по одной и той же формуле.
Ответ: первое тело создаёт давление в 2 раза больше, хотя сила второго тела больше.
Задача 3. Какую площадь опоры нужно обеспечить грузу массой 50 кг, чтобы давление на пол не превышало 2500 Па? Дано g = 10 Н/кг. Сначала по массе найдём силу тяжести, с которой груз действует на пол, затем выразим площадь из формулы давления. Поскольку давление не должно быть больше указанного значения, площадь должна быть не меньше полученной границы.
Ответ: нужна площадь опоры не менее 0,2 м².
Первая ошибка — считать давление и силу давления одним и тем же. Их путают, потому что оба понятия описывают действие тела на поверхность. Проверь себя: сила измеряется в ньютонах, а давление — в паскалях и зависит ещё и от площади опоры.
Вторая ошибка — записывать формулу p = F·S вместо p = F/S. Так бывает, если забыть, что увеличение площади при той же силе распределяет действие шире и уменьшает давление. Проверь себя на простом примере: площадь стала в два раза больше — давление должно стать меньше, а не больше.
Третья ошибка — подставлять площадь в квадратных сантиметрах и считать результат паскалями. Причина в том, что единица давления связана с квадратным метром. Перед вычислением переведи площадь в м² и убедись, что делишь ньютоны на квадратные метры.
Четвёртая ошибка — сравнивать тела только по силе или только по площади. Более сильное действие не всегда означает большее давление, потому что у тела может быть и большая площадь опоры. Найди давление каждого тела отдельно по формуле p = F/S и лишь потом сравни ответы.
Для задач на давление полезно уметь находить силу, знать массу и единицы измерения, а также вычислять площадь прямоугольника. Эти знания помогают подобрать правильные значения для формулы. Позже связь силы и площади пригодится при изучении давления жидкостей и газов, а также силы трения.
Та же идея работает в быту и технике. Лыжи и снегоступы делают широкими, чтобы уменьшить давление на снег; гвозди, ножи и острые каблуки имеют небольшую площадь соприкосновения, чтобы давление было больше. Широкие опоры и шины, напротив, помогают распределить нагрузку по большей площади.
Почему острый нож режет лучше тупого?
У острого ножа лезвие соприкасается с продуктом на меньшей площади. При той же силе давление получается больше, поэтому нож легче разрезает продукт.
Почему лыжи и снегоступы делают широкими?
Широкая поверхность увеличивает площадь опоры. Вес человека распределяется по большей площади, давление на снег уменьшается и человек меньше проваливается.
Чем давление отличается от силы?
Сила показывает действие тела и измеряется в ньютонах. Давление показывает, насколько это действие сосредоточено на поверхности: оно зависит и от силы, и от площади соприкосновения.
Почему в расчётах площадь нужно выражать в квадратных метрах?
Паскаль определён как давление, при котором сила 1 Н действует на площадь 1 м². Поэтому, чтобы получить ответ в паскалях, силу подставляют в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах.
Как найти площадь опоры, если известны сила и давление?
Нужно выразить площадь из формулы давления: S = F/p. Затем силу подставить в ньютонах, давление — в паскалях, а результат получить в квадратных метрах.
Давление
