"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Давление показывает, насколько сильно тело действует на поверхность с учётом площади этой поверхности. Оно помогает объяснить, почему острый нож режет лучше тупого, а вода давит на дно и стенки сосуда. Жидкость оказывает большее давление на глубине и при большей плотности. Газ давит на стенки из-за движения своих частиц, а воздух вокруг Земли создаёт атмосферное давление. Эти знания объясняют работу шприца, присоски, водопровода и плотины.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Давление — физическая величина, показывающая, с какой силой тело действует на единицу площади поверхности. Это не сама сила: при одинаковой силе давление зависит ещё и от площади соприкосновения. Понятие помогает сравнивать, насколько сильно тело действует на поверхность.
Давление жидкости — давление, которое жидкость оказывает на дно и стенки сосуда, а также на погружённые тела. Жидкость может перемещаться и передавать давление в стороны. Это понятие нужно, чтобы объяснять, например, почему вода давит на стенки плотины.
Давление газа — давление, возникающее из-за ударов движущихся частиц газа о стенки сосуда. Частицы очень малы, но их многочисленные удары вместе создают заметное действие. Так можно понять, почему надутый мяч упругий.
Атмосферное давление — давление воздуха, окружающего Землю, на поверхность и тела. Воздух имеет массу и притягивается Землёй, поэтому его слой давит на всё вокруг. Это понятие помогает объяснить работу присоски и изменение давления с высотой.
Представь, что ты нажимаешь на поверхность одним и тем же грузом сначала широкой стороной, а затем узкой. Сила в обоих случаях одинакова, но узкая сторона касается меньшей площади. Поэтому на каждый участок этой площади приходится больше действия силы, и давление становится больше. Так объясняется, почему острый нож режет лучше тупого.
Вода в сосуде давит сильнее внизу, потому что над нижними слоями находится больше воды. Её вес передаётся через жидкость к более глубоким участкам. Поэтому давление возрастает с глубиной. Важна и плотность — то есть масса вещества в данном объёме: при одинаковой глубине более плотная жидкость создаёт большее давление.
Жидкость давит не только вниз, потому что её частицы могут перемещаться и толкать соседние частицы в разных направлениях. Давление передаётся через весь объём жидкости, а не только по направлению силы тяжести. Поэтому вода действует на стенки сосуда и на предметы, которые в неё погружены. Если стенка слаба, жидкость может её выгнуть или повредить.
Газ состоит из частиц, которые непрерывно и беспорядочно движутся. Ударяясь о стенки сосуда, они передают им толчки; множество таких ударов и создаёт давление. При нагревании частицы обычно движутся быстрее, поэтому их удары становятся сильнее. При сжатии газу остаётся меньше места, и частицы чаще сталкиваются со стенками, отчего давление тоже может увеличиться.
Воздух окружает Землю и притягивается к ней, поэтому его слой имеет вес и давит на поверхность и тела. Наличие этого давления показывают простые опыты с присоской или перевёрнутым стаканом, закрытым карточкой: наружный воздух может удерживать предмет или прижимать присоску. На высоте над поверхностью Земли воздуха над нами меньше, поэтому атмосферное давление обычно ниже. Его изменение можно обнаружить специальным прибором — барометром.
| Свойство | Жидкость | Газ |
|---|---|---|
| Причина возникновения давления | Действие веса жидкости и передача давления между её частицами | Удары движущихся частиц газа о стенки |
| Направление действия давления | На дно, стенки и погружённые тела | На стенки сосуда и находящиеся в газе тела |
| Зависимость от глубины или объёма | Растёт с глубиной; зависит от плотности жидкости | При сжатии в меньшем объёме может расти |
| Зависимость от температуры | При нагревании может немного меняться плотность жидкости | При нагревании в закрытом сосуде обычно растёт |
| Пример проявления | Давление воды на глубине или на плотину | Давление воздуха внутри надутого мяча |
| Способ уменьшить или увеличить давление | Изменить глубину или выбрать жидкость другой плотности | Изменить температуру или сжать либо расширить газ |
Сравнивай в таблице причину давления и то, на что оно действует: у жидкости и газа эти причины различаются. Затем смотри, от каких условий зависит давление в каждом случае. Строка с примером помогает связать правило с повседневными наблюдениями.
Нужно объяснить, почему острый нож режет лучше тупого, если нажимают на них с одинаковой силой. Сила нажима одинакова, поэтому сравнивать нужно площадь лезвия, соприкасающуюся с продуктом. Чем меньше эта площадь, тем больше давление при той же силе.
Определи, что одинаково в условии: сила нажима. Значит, различие результата нельзя объяснить тем, что на один нож нажимают сильнее.
Сравни площадь контакта. У острого лезвия она меньше, чем у тупого, потому что его край тоньше.
Свяжи площадь с давлением: при одинаковой силе меньшая площадь создаёт большее давление. Поэтому острый нож легче вдавливается в продукт и разрезает его.
Ответ: острый нож режет лучше, потому что при том же нажиме его лезвие действует на меньшую площадь и создаёт большее давление.
В сосуде сравнивают давление воды на двух уровнях: верхнем и нижнем. Сосуд заполнен одной и той же водой, поэтому её плотность в обоих местах одинакова. Нужно выяснить, как меняется давление при увеличении глубины.
Определи, какой уровень расположен глубже. Нижний уровень находится дальше от поверхности воды.
Учти, что над нижним уровнем находится более высокий столб воды. Его вес создаёт большее давление.
Примени правило: давление жидкости увеличивается с глубиной. Значит, на нижнем уровне оно больше.
Ответ: давление воды больше на нижнем, более глубоком уровне. Если уровни поменять местами или изменить плотность жидкости, вывод нужно сделать заново с учётом этих условий.
Рассмотрим шприц с жидкостью, у которого игла находится в жидкости, а поршень можно двигать. Если оттянуть поршень, объём внутри шприца увеличится и давление газа над жидкостью станет ниже. Жидкость движется туда, где давление меньше, поэтому она входит в шприц под действием давления снаружи.
Оттяни поршень: пространство внутри шприца становится больше. Давление внутри уменьшается по сравнению с давлением на жидкость снаружи.
Сравни давления по обе стороны жидкости. Снаружи давление больше, в том числе благодаря атмосферному давлению.
Учитывай направление действия: жидкость перемещается в сторону меньшего давления и поднимается в шприц. При нажатии на поршень давление внутри повышается, и жидкость выходит.
Ответ: жидкость движется из-за разности давлений, а не только потому, что рука тянет или толкает поршень. Похожее объяснение подходит для соломинки: при втягивании воздуха давление во рту становится меньше, и атмосферное давление помогает поднять напиток.
Ошибка: считать давление и силу одним и тем же. Их путают, потому что оба понятия описывают действие на тело. Но при одной силе давление меняется вместе с площадью опоры. Проверь себя: если площадь стала меньше, а сила прежняя, давление должно увеличиться.
Ошибка: думать, что жидкость давит только на дно. Такое представление возникает потому, что вода стекает вниз под действием тяжести. Однако жидкость передаёт давление и в стороны, поэтому давит на стенки и погружённые тела. Проверь себя, вспомнив о воде, которая вытекает через отверстие сбоку сосуда.
Ошибка: связывать давление жидкости только с её количеством. Кажется, что больше жидкости всегда означает большее давление, но важны глубина и плотность. Сравнивай давление на одинаковой глубине и учитывай, из какой жидкости сделан столб. Так можно проверить, что одинаковое количество жидкости в сосудах разной формы не всегда даёт одинаковое давление на выбранном уровне.
Ошибка: объяснять действие шприца или присоски только силой руки. Рука может менять объём или выталкивать воздух, но движение и удерживание связаны также с разностью давлений. Об атмосферном давлении часто забывают, потому что воздух невидим. Проверь себя: спроси, что давит снаружи и почему жидкость или присоска движется именно в эту сторону.
Для понимания давления нужны знания о силе, площади поверхности, плотности вещества, движении частиц и единицах измерения. Позже эти представления помогут изучать закон Паскаля, сообщающиеся сосуды, плавание тел, насосы и атмосферные явления. В быту давление объясняет работу шприца, соломинки, присоски и водопровода. При строительстве плотины тоже учитывают, что вода сильнее давит на большой глубине.
Почему давление измеряют не в ньютонах, а в паскалях?
Ньютон измеряет силу, а давление показывает силу, приходящуюся на единицу площади. Поэтому для давления используют отдельную единицу — паскаль (Па). Один паскаль равен давлению, при котором сила 1 Н действует на площадь 1 м².
Почему вода давит на стенки сосуда, если сила тяжести направлена вниз?
Сила тяжести действительно тянет воду вниз, но частицы жидкости могут перемещаться и передавать действие друг другу во все стороны. Поэтому жидкость оказывает давление не только на дно, но и на стенки. Она также давит на предметы, погружённые в неё.
Почему на большой глубине давление жидкости больше?
Чем глубже находится точка, тем больше воды расположено над ней. Вес этой воды создаёт давление, поэтому с глубиной оно увеличивается. При одинаковой глубине более плотная жидкость давит сильнее.
Как доказать, что воздух оказывает давление?
Можно приложить присоску к гладкой поверхности и выпустить из-под неё часть воздуха: присоска будет держаться благодаря давлению наружного воздуха. Ещё один простой опыт — перевернуть наполненный водой стакан, закрытый плотной карточкой: атмосферное давление помогает удерживать карточку. Опыт нужно проводить аккуратно над раковиной.
Почему присоска держится на гладкой поверхности?
Когда присоску прижимают, воздух частично выходит из пространства под ней. Внутри давление становится меньше, чем снаружи, и атмосферный воздух прижимает присоску к поверхности. На неровной поверхности воздух проходит под присоску, поэтому она держится хуже.
Давление в жидкостях и газах
