Давление. Единицы давления

Тело, находящееся на горизонтальной опоре, действует на опору силой давления. Она приложена к опоре и направлена перпендикулярно к ней. Опора деформируется. А от чего зависит степень ее деформации?

Проделаем такой опыт. Поместим столик вверх ножками в ящик с песком, на столик поставим гирю. Столик с гирей лишь незначительно погрузится в песок. А теперь перевернем столик ножками вниз и поставим ту же гирю. Ножки погрузятся в песок. Результат действия одной и той же силы давления (веса столика с гирей) оказался разным. Почему? Потому, что сила давления действовала на разную площадь поверхности опоры. В первом случае ее действие распределилось на площадь поверхности песка под крышкой, во втором - на площадь поверхности песка под ножками столика. Ясно, что площадь под ножками значительно меньше площади под крышкой столика. А если убрать гирю, т. е. уменьшить силу давления, не меняя площади поверхности, на которую она действует? Ножки погрузятся в песок, но не так сильно.

Результат действия силы давления на поверхность можно определить с помощью физической величины - давления. Обозначим давление буквой \(p\). Из опыта следует, что давление тем больше, чем больше сила давления и чем меньше площадь поверхности, на которую она действует.

Давление - это физическая величина, равная отношению силы давления, действующей перпендикулярно поверхности, к площади поверхности.

Математически это можно выразить так: \[давление = \frac{сила\:давления}{площадь\:поверхности},\] или \[p = \frac{F}{S}.\]

В СИ единицей давления является \(1 \frac{Н}{м^{2}}\) . Ее называют паскалем (Па) в честь французского ученого Блеза Паскаля, изучавшего давление в жидкостях и газах.

1 паскаль - это давление на поверхность площадью 1 м2, производимое силой 1 Н, действующей перпендикулярно.

Применяют кратные единицы давления: гектопаскаль (гПа), килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа). Обратите внимание: \[1\:гПа = 100\:Па = 1 \cdot 10^{2}\:Па;\] \[1\:кПа = 1000\:Па = 1 \cdot 10^{3}\:Па;\] \[1\:МПа = 1\:000\:000\:Па = 1 \cdot 10^{6}\:Па;\]

Позже вы познакомитесь и с другими единицами давления.

Силой давления может быть не только вес тела, но и любая сила, перпендикулярная поверхности, на которую она действует.

Простой пример: вы загоняете канцелярскую кнопку в вертикальную доску. Силой давления на кнопку является сила действия руки, направленная горизонтально (перпендикулярно доске). Пружины дивана оказывают давление на сидящего на нем человека. Сила давления (сила упругости пружин) при этом направлена вертикально вверх.

Для практических целей иногда необходимо уменьшить давление, а в ряде случаев, наоборот, - увеличить. Как изменить давление?

Обратимся к формуле \(p = \frac{F}{S}\). Совершенно ясно: чтобы уменьшить давление, нужно уменьшить силу давления или увеличить площадь поверхности.

Например, чтобы увеличить проходимость тяжелых машин (трактора, танка), их снабжают гусеницами. Площадь поверхности, на которую действует сила давления, увеличивается, а давление - уменьшается. Широкие шины у автомобилей, лыжи у человека, довольно большие по площади стопы у слона играют ту же роль, что и гусеницы у трактора. Приведите сами подобные примеры.

А как увеличить давление? Из формулы давления следует: надо увеличить силу давления или уменьшить площадь поверхности, на которую действует сила. Затачивая лезвия ножей, ножниц, кос, острия игл, зубцы пил и др., мы стараемся уменьшить площадь поверхности. Тем самым, действуя малой силой, можно создать большое давление.

Животному миру природа сама обеспечила возможность создавать большое давление небольшим усилием, вооружив его представителей иглами, клювами и когтями, зубами, клыками, жалами и т. д.

Человек при ходьбе создает давление до 300-400 кПа (определите давление, которое создаете вы, стоя на полу; сравните полученные результаты с приведенным значением и объясните причину расхождения этих значений). Гусеничный трактор создает давление на почву в 40-60 кПа, а колеса вагона поезда на рельсы - около 50 МПа.

Главные выводы:

  1. Давление - это физическая величина, равная отношению силы давления к площади поверхности.
  2. Чем больше действующая на поверхность сила давления, чем меньше площадь поверхности, на которую действует сила давления, тем больше давление.
  3. В СИ единицей давления является 1 Па.

Читать далее