Тиск твердих тіл на поверхню. Сила тиску

Чому мешканці Півночі для пересування по снігу використовують лижі? Чому влітку жінка, взута в туфлі на шпильках, залишає на м'якому асфальті помітні й глибокі сліди? Чому леза ножів час від часу нагострюють? Чому цвях має вістря? Спробуємо отримати відповіді на ці запитання.

Спостерігаємо наслідки дії сили

Одним із наслідків дії сили є деформація тіл: чим більша сила діє на тіло, тим більшою буде деформація.

Деформація залежить і від інших чинників, зокрема від площі поверхні, по якій розподіляється сила. У більшості випадків діє правило: чим більшою є площа поверхні, на яку діє певна сила, тим меншою буде деформація.

Проілюструємо це твердження за допомогою простого досліду: поставимо дерев’яний брусок на сніг спочатку на одну грань, а потім на іншу, більшої площі (рис. 22.1). У першому випадку сніг деформується сильніше (брусок більше провалиться в сніг), хоча в обох випадках сила, що діє на сніг з боку бруска (тобто вага бруска), є однаковою.

Можна провести ще один дослід: натисніть з однаковою невеликою силою на поверхню піску спочатку розкритою долонею, а потім пальцем — і ви побачите, в якому випадку глибина сліду буде більшою (рис. 22.2).

|2 Даємо означення тиску

Для характеристики залежності результату дії сили від площі поверхні, на яку діє ця сила, використовують таке поняття, як тиск.

Тиск — це фізична величина, яка характеризує результат дії сили і дорівнює відношенню сили, яка діє перпендикулярно до поверхні, до площі цієї поверхні:

де p — тиск; F — сила тиску — сила, що діє на поверхню перпендикулярно до неї; 5 — площа цієї поверхні.

Одиниця тиску в СІ — паскаль (Па); названа на честь французького вченого Блеза Паскаля (рис. 22.3):

1 Па — це тиск, який створює сила 1 Н, що діє перпендикулярно до поверхні площею 1 м²:

1 Па — невеликий тиск (приблизно такий тиск чинить на стіл аркуш альбому для малювання), тому частіше використовують кратні одиниці тиску: гектопаскаль (1 гПа = 100 Па), кілопаскаль (1 кПа = 1000 Па), мегапаскаль (1 МПа = 1 000 000 Па).

Розгляньте таблицю та поміркуйте, чому, наприклад, гусениці трактора створюють на ґрунт набагато менший тиск, ніж колеса легкового автомобіля.

З'ясовуємо, як можна збільшити або зменшити тиск

З означення тиску

випливає, що

тиск твердих тіл можна змінити в два способи.

Перший спосіб: змінити силу, яка діє на поверхню певної площі. Зі збільшенням сили тиск збільшиться; зі зменшенням сили тиск зменшиться.

Другий спосіб: змінити площу поверхні, на яку діє певна сила тиску. Для збільшення тиску площу слід зменшити (саме тому

нагострюють інструменти — ножиці, ножі, шило тощо) (рис. 22.4). І навпаки, для зменшення тиску площу поверхні збільшують.

Розгляньте рис. 22.5 і поясніть, чому тиск, який створюють ноги людини, є більшим за тиск, що створює важкий всюдихід.

|2| Учимося розв'язувати задачі

Задача. Порівняйте тиски, які чинять на поверхню снігу юний турист і юний лижник. Маса кожного хлопця разом зі спорядженням становить 63 кг. Площа підошви черевика туриста дорівнює приблизно 210 см², площа лижі — приблизно 1800 см².

Аналіз фізичної проблеми. Тиск, який створює кожен юнак, визначається силою тиску та площею, на яку він спирається. Сила тиску в обох випадках — це вага юнака; вона розподіляється на дві підошви або дві лижі. Вважатимемо, що на обидві підошви (лижі) навантаження розподіляється рівномірно. Задачу розв’язуватимемо в одиницях СІ.

для лижника:

Аналіз результатів. Тиск, що створює турист, приблизно у 8,6 разу

більший за тиск, що створює лижник = ^15кПа ~ 8,6 . ц_є реаль-

_у р₂ 1,75 кПа ;

ний результат, адже за рівних сил більший тиск створює та сила, яка діє на меншу площу.

Відповідь: р₁ = 15 кПа; р₂ = 1,75 кПа; р_х > р₂ приблизно у 8,6 разу.

7. Ніхто не може бути повністю застрахований від нещасного випадку на водоймі, вкритій льодом. Як повинні поводитися рятувальник і сам постраж-далий, якщо сталася біда і людина провалилася під лід (рис. 2)? Обґрунтуйте їхні дії.

8. За незмінної площі поверхні тиск прямо пропорційний силі тиску. Побудуйте графік залежності тиску на поверхню площею 0,25 м² від сили, що діє перпендикулярно до цієї поверхні.

9. Скориставшись додатковими джерелами інформації, обчисліть тиск, який створюють тварини на ґрунт. Як цей тиск залежить від умов їхнього життя? Як тварини збільшують і зменшують тиск?

Експериментальне завдання

«Догори ногами». З’ясуйте, у скільки разів зміниться тиск, створюваний вашим письмовим столом на підлогу, якщо його перевернути ніжками догори. Відповідь на це запитання слід знайти, не перевертаючи і не зважуючи стіл!

Фізика і техніка в Україні

Степан Прокопович Тимошенко (1878-1972) — видатний український учений-механік, один із організаторів і перших академіків Української академії наук, засновник Інституту механіки АН України, школи прикладної механіки в США.

Основні напрями наукової роботи С. П. Тимошенка — фундаментальні праці з опору матеріалів, теорії пружності, теорії коливань механічних систем, теорії споруд і будівельної механіки. особливо великий внесок учений зробив у розвиток прикладної теорії пружності, теорії стійкості пружних, обо-лонкових і пластинчастих систем. Саме С. П. Тимошенко розробив загальний енергетичний метод розрахунку стійкості механічних систем, широко відомий як метод Тимошенка.

Це матеріал  підручника Фізика 7 клас Бар'яхтар Довгий