Давление твёрдых тел

Научиться понимать физический смысл давления твёрдых тел, вычислять его по формуле и объяснять, как изменение силы или площади опоры влияет на результат.

Давление — одно из ключевых понятий механики. Оно объясняет, почему одни предметы легко протыкают или разрезают материалы, а другие нет, и используется при проектировании зданий, транспорта, инструментов и даже при ходьбе по снегу или рыхлой земле.

• Давление — это физическая величина, показывающая, какая сила действует на единицу площади поверхности.
• Давление твёрдого тела зависит от двух факторов: величины силы, приложенной перпендикулярно поверхности, и площади этой поверхности.
• Чем больше сила, тем больше давление (при неизменной площади).
• Чем больше площадь опоры, тем меньше давление (при неизменной силе).
• Давление измеряется в паскалях (Па); 1 Па = 1 Н/м².
• Уменьшить давление можно, увеличив площадь опоры или уменьшив силу.
• Увеличить давление можно, уменьшив площадь опоры или увеличив силу.
• В твёрдом теле давление передаётся в направлении действия силы, в отличие от жидкостей и газов, где оно передаётся во все стороны.

Давление

Физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Сила давления

Сила, которая действует на поверхность перпендикулярно (под прямым углом) к ней. Обычно это сила тяжести или другая внешняя сила.

Площадь опоры

Площадь той части поверхности тела, которая непосредственно соприкасается с опорой.

Паскаль (Па)

Единица измерения давления в системе СИ. 1 Па — это давление, которое создаёт сила 1 ньютон, действующая на площадь 1 квадратный метр.

Твёрдое тело

Тело, которое сохраняет свою форму и объём, а его частицы прочно связаны между собой.

Нормальная сила

Сила, действующая со стороны опоры на тело перпендикулярно поверхности (сила реакции опоры). Именно она часто создаёт давление.

• Формула давления: p = F / S, где p — давление (Па), F — сила, действующая перпендикулярно поверхности (Н), S — площадь поверхности (м²).
• 1 Па = 1 Н/м². Это очень маленькое давление: примерно такое давление создаёт лист бумаги на стол.
• Давление человека на землю в среднем около 30–50 кПа (килопаскалей), а гусеницы танка — около 50 кПа, поэтому танк не проваливается в болото.
• Острый нож имеет малую площадь лезвия, поэтому при той же силе создаёт огромное давление, которое легко разрезает продукты.
• Чтобы уменьшить давление, увеличивают площадь опоры: делают широкие лыжи, фундаменты зданий, ремни рюкзаков.
• Чтобы увеличить давление, уменьшают площадь: затачивают иглы, гвозди, ножи, шипы на подошвах.
• Давление твёрдого тела передаётся только в направлении действия силы, поэтому, например, гвоздь вбивается в доску, а не давит во все стороны.

1. Пример 1случай
   • Если взять два одинаковых бруска и поставить их на стол: один плашмя (большая площадь), другой на ребро (маленькая площадь), то давление на стол будет разным: на ребре давление больше, и брусок сильнее продавливает поверхность
2. Пример 2случай
   • Когда мы идём по рыхлому снегу, ноги проваливаются, потому что давление под подошвой велико
   • Если надеть лыжи, площадь опоры увеличивается, давление уменьшается, и человек не проваливается
3. Пример 3случай

   Гвоздь имеет острый кончик

   Пояснение

   • при ударе молотком сила передаётся на маленькую площадь, создавая огромное давление, которое позволяет гвоздю войти в дерево
4. Пример 4случай
   • Рюкзак с широкими лямками удобнее носить, чем с узкими, потому что широкие лямки увеличивают площадь опоры на плечи, уменьшая давление и не причиняя боли
5. Пример 5случай
   • Танк весит очень много, но его гусеницы имеют большую площадь, поэтому давление на грунт сравнимо с давлением человека, и танк может ехать по болотистой местности

• Если встать на одну ногу, давление на пол увеличится примерно в два раза по сравнению со стоянием на двух ногах, потому что площадь опоры уменьшается вдвое.
• Самые высокие здания в мире имеют очень широкие фундаменты, чтобы давление на грунт не превышало допустимого значения, иначе здание может просесть или наклониться.
• Шины грузовиков и самолётов делают широкими, чтобы уменьшить давление на дорогу или взлётную полосу — это предотвращает разрушение покрытия.
• Иглы у ежа — это видоизменённые волосы, которые создают большое давление на кожу хищника, защищая животное.

• При работе с острыми предметами (ножи, иглы, гвозди) соблюдай осторожность: они создают большое давление даже при небольшой силе, поэтому могут легко поранить.
• Не клади тяжёлые предметы на край стола — давление на маленькую площадь может привести к повреждению поверхности или падению предмета.

• Сила тяжести и вес тела
• Плотность вещества
• Давление в жидкостях и газах (закон Паскаля)
• Сила трения
• Механическая работа и энергия