Сила давления и давление

Прежде чем изучать действие жидкостей и газов, определим, что же такое давление. Для этого рассмотрим, например, человека на лыжах. Двигаясь по рыхлому снегу, он проваливается в него значительно меньше, чем обычный путник без лыж. Из рис. 150 видно, что идущий по снегу человек оставляет глубокие следы, а стоящий на лыжах почти не проваливается. Если массы стоящих людей одинаковые, то они действуют на снег (давят на опору) с одинаковой силой, равной в данном случае их весу.

Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.

На рассмотренном примере мы убедились, что результат действия одинаковых сил давления различен. Почему? Любой из вас без труда ответит, что это объясняется различием в площади поверхности, на которую давит каждый из людей. Чем больше будет площадь соприкосновения, тем меньше будет продавливаться снег. У человека на лыжах эта площадь тем больше, чем шире и длиннее его лыжи. Таким образом, результат действия силы давления зависит от площади, на которую она действует.

Площадь соприкосновения и сила давления

На одинаковые лыжи могут встать и взрослый человек, и ребенок (рис. 151). За кем из них лыжня будет глубже? Наблюдение показывает, что за взрослым. Площадь соприкосновения двух лыжников со снегом в этом случае будет одна и та же, но вес взрослого человека больше. Следовательно, при одинаковой площади соприкосновения с опорой результат действия силы, с которой давят на опору, тем больше, чем больше модуль этой силы. Опыт показывает, что результат действия силы давления на опору пропорционален модулю этой силы и обратно пропорционален площади опоры. Для описания данного действия в физике используют величину, называемую давлением.

Давлением называют отношение модуля F силы давления, действующей на опору, к площади S поверхности этой опоры.

p = F/S

Давление принято обозначать буквой p. В СИ единица давления носит название паскаль (Па) – в честь французского физика Блеза Паскаля (1623-1662), открывшего важные свойства жидкостей и газов.

Один паскаль – это давление, которое создает сила в 1 Н, действующая перпендикулярно на поверхность площадью 1 м2.

Давление в 1 Па довольно малая величина: примерно такое давление создает тело массой 100 г, опирающееся на площадь 1 м2, или лист обычной писчей бумаги на поверхность стола. Поэтому на практике используют более крупные единицы давления: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа). Например, взрослый человек создает давление на пол, равное 15-20 кПа, а легковой автомобиль оказывает на дорогу давление 200–300 кПа.

Итоги

Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.

Давлением называют отношение модуля F силы давления, действующей на опору, к площади поверхности этой опоры.

p = F/S

В СИ единица давления носит название паскаль (Па):
1 Па = 1 Н/м2.

Вопросы

  1. Приведите примеры, доказывающие, что результат действия силы зависит от ее модуля и площади опоры, на которую она действует. Как изменяется этот результат при уменьшении модуля силы и увеличении площади опоры?
  2. Какой физической величиной характеризуют действие на опору силы, направленной перпендикулярно поверхности этой опоры? Как называют эту силу?
  3. Что называют давлением?
  4. В каких единицах измеряют давление в СИ?
  5. Почему шины у грузовых автомобилей делают более широкими, чем у легковых?
  6. Зачем режущие и колющие инструменты затачивают?

Упражнения

  1. Выразите в паскалях давления 0,05 Н/см2, 35 кПа, 27 МПа, 300 Н/см2.
  2. Какой стороной нужно положить на стол пакет молока (считая его параллелепипедом), чтобы он создавал максимальное давление? Рассчитайте давления, которые оказывает на поверхность стола пакет молока массой 1 кг, поочередно положенный на каждую из трех различных граней. Необходимые размеры пакета измерьте линейкой.
  3. Какое давление создает лопата своим лезвием, когда на нее давит человек силой 900 Н? Ширина лезвия лопаты – 30 см, толщина режущего края – 0,5 мм.
  4. Мальчик массой 40 кг и его отец массой 100 кг стоят на лыжах. Длина лыж мальчика – 1,4 м, а длина лыж отца – 2 м. Определите давление, которое оказывают на снег лыжи мальчика и его отца, если ширина их лыж одинакова и равна 10 см.
  5. Во сколько раз изменится давление, которое вы оказываете на пол лифта, если он начнет двигаться с ускорением, направленным вниз (вверх), модуль которого в три раза меньше ускорения свободного падения?