Давление твёрдых тел

Давление твёрдых тел

Давление — это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление обозначают буквой p, а его единица — паскаль (Па).

Один паскаль — это давление, которое создаёт сила в один ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/м^2. Результат действия силы зависит не только от её величины, но и от площади опоры. Паскаль — небольшая единица, поэтому на практике часто используют килопаскали и мегапаскали: 1 кПа = 1000 Па.

Чтобы убедиться в роли площади, можно провести простой опыт. Если положить на влажный песок дощечку широкой стороной, она почти не вдавится. Если поставить ту же дощечку на ребро, под ней останется глубокий след. Вес дощечки не изменился, но площадь опоры стала меньше — и давление выросло.

Формула давления

Давление вычисляют по формуле:

Формула p = F / S, где F — сила давления в ньютонах, S — площадь опоры в квадратных метрах.

Из формулы видно: при одной и той же силе чем меньше площадь опоры, тем больше давление. Поэтому острый нож режет легче тупого, а кнопка с тонким остриём легко входит в доску. Из той же формулы можно выразить силу давления F = p · S или площадь опоры S = F / p, если известны две другие величины.

Как изменяют давление

Лыжи и широкие гусеницы увеличивают площадь опоры, поэтому человек или трактор не проваливаются в снег или мягкий грунт. Наоборот, режущие и колющие инструменты делают как можно более острыми: при малой площади острия даже небольшая сила создаёт огромное давление, и нож легко разрезает материал.

В живой природе тот же принцип встречается повсюду. Острые зубы и когти хищников, тонкие иглы растений, узкие копыта — всё это примеры малой площади, создающей большое давление. А широкие лапы животных, живущих на снегу, наоборот, уменьшают давление и не дают провалиться.

Разобранный пример

Брусок давит на стол с силой 60 ньютонов, площадь опоры 0,02 квадратного метра. Найдём давление.

p = F / S = 60 Н / 0,02 м^2 = 3000 Па

Давление бруска на стол равно 3000 паскалей.

Частые ошибки. Путают силу и давление: сила измеряется в ньютонах, давление — в паскалях. Площадь надо переводить в квадратные метры. Сила давления должна быть перпендикулярна поверхности.

Кратко о главном

• Давление — отношение силы к площади: p = F / S.
• Единица давления — паскаль: 1 Па = 1 Н/м^2.
• При меньшей площади давление больше, при большей — меньше.
• Площадь опоры увеличивают, чтобы уменьшить давление, и наоборот.