Давление твёрдых тел

Что такое давление

Давление показывает, какая сила приходится на единицу площади опоры. Чтобы его найти, силу делят на площадь.

Обозначают давление буквой p, измеряют в паскалях. Один паскаль это один ньютон на квадратный метр.

Паскаль очень мал. Лист бумаги давит на стол примерно с таким давлением, поэтому в задачах чаще встречаются килопаскали и мегапаскали.

Два способа изменить давление

Из формулы видно сразу: давление растёт вместе с силой и падает вместе с ростом площади.

Значит, у нас есть два рычага. Хочешь давить сильнее, увеличивай силу или уменьшай площадь.

Хочешь давить слабее, делай наоборот. Именно так поступают, когда технику нужно провести по слабому грунту.

В строительстве работает то же правило. Стена давит на землю всей своей тяжестью, поэтому под ней делают широкий фундамент, и грунт выдерживает.

Почему лыжи держат

Встань на снег в ботинках, и вес придётся на площадь двух подошв. Давление получится около двадцати килопаскалей, и снег такое не выдержит.

Встань на лыжи, и та же сила распределится на площадь в двадцать раз большую. Давление упадёт до килопаскаля, и наст останется целым.

Тот же расчёт объясняет гусеницы. Трактор весит намного больше автомобиля, но по пашне идёт, не проваливаясь.

Почему нож режет

С острым лезвием история обратная. Площадь кромки крохотная, доли квадратного миллиметра.

Даже небольшая сила руки даёт на такой площади огромное давление, и вещество расступается.

Тупой нож режет хуже именно потому, что кромка стала шире. Сила прежняя, площадь больше, давление меньше.

По той же причине иглу легко воткнуть, а тупой гвоздь приходится забивать. И по той же причине под ремень рюкзака подкладывают широкую накладку.

Считаем площадь правильно

В задачах площадь чаще всего дают в квадратных сантиметрах, а ответ нужен в паскалях. Тогда площадь переводят в квадратные метры.

В одном квадратном метре десять тысяч квадратных сантиметров. Это первое место, где ошибаются: делят на сто вместо десяти тысяч.

Второе место это число опор. У стола четыре ножки, и площадь опоры складывается из четырёх площадок.

Третье место это сила. В неё берут вес тела, а если сверху стоит груз, то и его вес тоже.

Давление в природе и технике

Верблюд ходит по песку на широких мягких подушках лап. Копыто лося устроено иначе, но раздваивается на болоте, увеличивая опору.

Слон при массе в несколько тонн давит на землю примерно как взрослый человек: его ноги очень широкие.

Клык, коготь и жало работают наоборот. Живому нужно и то, и другое, и в устройстве тела видны оба решения.

Инженеры пользуются теми же приёмами. Под тяжёлый станок кладут широкую плиту, а резцу того же станка затачивают кромку до толщины в сотые доли миллиметра.

Про силу тяжести и вес, из которых берётся сила давления, речь шла в уроке «Сила и её измерение». Как ведёт себя давление в воде и воздухе, разбирает урок «Давление в жидкости и газе».