Давление твердых тел на поверхности. Сила давления

Почему жители севера для передвижения по снегу используют лыжи? Почему женщина, обутая летом в обувь на шпильках, оставляет на мягком асфальте заметные и глубокие следы? зачем лезвия ножей время от времени натачивают? для чего у гвоздя есть острие? Попытаемся выяснить ответы на эти вопросы.

Наблюдаем последствия действия силы

Одно из последствий действия силы — деформация тел, при этом чем большая сила действует на тело, тем больше будет деформация.

Деформация зависит и от других факторов, в частности от площади поверхности, по которой распределяется действие силы. В большинстве случаев чем больше площадь поверхности, на которую действует данная сила, тем меньше будет деформация.

Проиллюстрируем это утверждение с помощью простого опыта: поставим деревянный брусок на снег сначала гранью меньшей площади, а затем — гранью большей площади (рис. 22.1). В первом случае снег деформируется сильнее (брусок глубже провалится в снег), хотя в обоих случаях сила, действующая на снег со стороны бруска (то есть вес бруска), одинакова.

Можно провести еще один опыт: нажмите с одинаковой небольшой силой на поверхность песка сначала раскрытой ладонью, а затем пальцем — и вы увидите, в каком случае глубина следа будет больше (рис. 22.2).

Даем определение давления

Для характеристики зависимости результата действия силы от площади поверхности, на которую действует эта сила, используют такое понятие, как давление.

Давление — это физическая величина, которая характеризует результат действия силы и равна отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности:

где p— давление; F— сила давления— сила, действующая на поверхность перпендикулярно этой поверхности; 5 — площадь поверхности.

Единица давления в СИ— паскаль (Па); названа в честь французского ученого Блеза Паскаля(рис. 22.3):

1 Па — это давление, которое создает сила1 Н, действуя перпендикулярно поверхности площадью1 м²:

Давление, которое оказывают некоторые тела
Тело, оказывающее давление	Давление р, кПа
Стоящий человек на пол	20-30
Гусеницы трактора на грунт	40-50
Колеса легкового автомобиля на грунт	200-300
Лезвие лопаты на грунт	1000 2000
Швейная игла на ткань	До 100 000
Колеса железнодорожного вагона на рельсы	300 000
Зубы собаки на кость	До 150 000
Жало осы на кожу	33 000 000

1 Па — небольшое давление (примерно такое давление оказывает на стол альбомный лист для рисования), поэтому чаще используют кратные единицы давления: гектопаскаль (1 гПа=100 Па), килопаскаль (1 кПа = 1000 Па), мегапаскаль (1 МПа = 1 000 000 Па).

Рассмотрите таблицу и подумайте, почему, например, гусеницы трактора оказывают на грунт намного меньшее давление, чем колеса легкового автомобиля.

Выясняем, как можно увеличить или уменьшить давление

Из определения давления

следует,

что давление твердых тел можно изменить двумя способами.

Первый способ:изменить силу, действующую на поверхность данной площади. С увеличением силы давление увеличивается; с уменьшением силы давление уменьшается.

Второй способ: изменить площадь поверхности, на которую действует данная сила давления. Для увеличения давления площадь

нужно уменьшить (именно поэтому натачивают инструменты — ножницы, ножи, шила и т. п.) (рис. 22.4). Для уменьшения давления площадь поверхности нужно увеличить.

Рассмотрите рис. 22.5 и объясните, почему человек оказывает на снег большее давление, чем тяжелый вездеход.

Учимся решать задачи

Задача. Сравните давления, которые оказывают на поверхность снега юные спортсмены — турист и лыжник. Масса каждого из них вместе со снаряжением равна 63 кг. Площадь подошвы ботинка туриста — приблизительно 210 см², площадь лыжи — приблизительно 1800 см².

Анализ физической проблемы. Давление, которое оказывает каждый спортсмен, определяется силой давления и площадью, на которую он опирается. В обоих случаях сила давления — это вес спортсмена; он распределяется на две подошвы или две лыжи. Будем считать, что на обе подошвы (лыжи) нагрузка распределяется равномерно. Задачу будем решать в единицах СИ.

Анализ результатов. Давление, создаваемое туристом, приблизительно в 8,6 раза больше давления, создаваемого лыжником. Это реальный результат, ведь при равных силах большее давление создает та сила, которая действует на меньшую площадь.

Ответ:

,Подводим итоги

Давление р — это физическая величина, которая характеризует результат действия силы и равна отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности:

Для увеличения давления следует уменьшить площадь поверхности, на которую действует сила давления, или увеличить силу давления.

Для уменьшения давления нужно увеличить площадь поверхности, на которую действует сила давления, или уменьшить силу давления.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит результат действия силы? 2. Дайте определение давления. 3. Назовите единицу давления в СИ. 4. Дайте определение единицы давления. 5. Как можно увеличить давление? Как можно уменьшить давление? Приведите примеры.

Упражнение № 22

1. Человек, сидящий на диване, оказывает на его поверхность определенное давление. Как изменится давление, если человек ляжет на диван?

2. Почему оса своим жалом (рис. 1) может создать давление намного большее, чем то, которое оказывает на пол стоящий человек?

3. Площадь режущего края лопаты равна 70 мм². Какое давление создает лопата на грунт, если человек действует на лопату с силой 210 Н?

4. Давление гусеничного трактора на грунт равно 27 кПа. Что это означает? С какой силой трактор давит на грунт, если площадь, на которую опираются его гусеницы, равна 2,9 м²?

5. Выразите давление в паскалях: 0,35 кН/м²; 1,5 Н/см²; 36 мН/см².

6. Мальчик выехал на лыжах на заснеженную поляну. Ее снеговой покров (наст) выдерживает давление 2 кПа. Ширина каждой лыжи — 10 см, длина — 1,5 м. Какой может быть максимальная масса мальчика, чтобы он не проваливался в снег?

7. Никто не может быть полностью застрахован от несчастного случая на водоеме, покрытом льдом. Как должны вести себя спасатель и сам пострадавший, если произошла беда и человек провалился под лед (рис. 2)? Поясните их действия.

8. При одинаковой площади поверхности давление прямо пропорционально силе давления. Постройте график зависимости давления на поверхность площадью 0,25 м² от силы давления.

9. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и выясните, какое давление оказывают животные на поверхность. Как это давление зависит от условий их обитания? (Сравните, например, давления, создаваемые копытами горного козла и северного оленя.) Как животные увеличивают и уменьшают создаваемое ими давление?

Экспериментальное задание

«Вверх ногами». Во сколько раз изменится давление, создаваемое вашим письменным столом на пол, если стол перевернуть ножками вверх? Ответ на вопрос надо найти, не переворачивая и не взвешивая стол!

Физика и техника в Украине

степан Прокофьевич Тимошенко (1878-1972) — выдающийся украинский ученый-механик, один из основателей и первых академиков Украинской академии наук, основатель Института механики АН Украины, школы прикладной механики в США.

Основные направления научной работы С. П. Тимошенко: сопротивление материалов, теория упругости, теория колебаний механических систем, теория сооружений и строительная механика. Огромный вклад ученый сделал в развитие прикладной теории упругости, теории устойчивости упругих, оболочковых и пластинчатых систем. Именно С. П. Тимошенко разработал общий энергетический метод расчетов устойчивости механических систем, широко известный как метод Тимошенко.

Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий

Категорія: Фізика

Автор: admin от 24-01-2017, 07:52, Переглядів: 4617