Тема. Давление твердых тел
Когда какое-либо тело стоит на опоре, оно своим весом действует на эту опору. А имеет ли значение, как расположить это тело на опоре? Будет ли оно лежать на большей или на меньшей своей грани? Именно это нам предстоит изучить (Рис. 1).
Рис. 1. Одна и та же сила (вес тела) может быть распределена по разной площади
Еще один пример. Давайте попробуем отрезать кусочек хлеба двумя разными ножами. Почему при одной же силе, которую мы прикладываем к каждому ножу, получается разный результат? Один нож режет хлеб плохо, он больше ломает его, а другой – идеально (Рис. 2).
Рис. 2. Разные ножи по-разному режут хлеб
Все дело в том, насколько хорошо заточена режущая кромка лезвия этих ножей. Чем тоньше режущая кромка, тем нож режет лучше.
Что значит лучше? Это значит, что в обоих случаях мы оказывали одну и ту же силу, но результат действия этой силы был разным. Все дело в том, что площадь, по которой распределена эта сила, была разной.
Каждый из вас может привести огромное количество примеров из собственного жизненного опыта. Это ситуация, когда мы стоим на рыхлом снегу на лыжах или просто на ногах. В одном случае мы не будем проваливаться, в другом – глубоко погрязнем в снегу. Острая игла будет прокалывать ткань лучше, чем игла с затупленным концом (Рис. 3).
Рис. 3. Острая и затупленная иглы по-разному прокалывают ткань
Все это свидетельствует о том, что изменение площади, по которой распределена одна и та же сила, приводит к тому, что результат действия этой силы оказывается различным.
Давление и сила давления
В нашем обсуждении постоянно участвуют такие физические величины:
· сила, действующая перпендикулярно некоторой поверхности (стола, батона хлеба, снега и т. д.);
· площадь, по которой эта сила распределена (площадь грани бруска режущей кромки ножа, лыж).
Чем больше величина силы (обозначим ее символом F) и чем меньше площадь поверхности, по которой она распределена (обозначим ее символом S), тем больше результат действия этой силы. Следовательно, результат действия силы на некоторую поверхность зависит не от самих этих величин, а от их отношения. Это отношение называется давлением и обозначается латинской буквой р (от слова pressure – давление).
Рис. 4. Эта формула представляет собой определение новой физической величины – давления
Давлением называется физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно некоторой поверхности, к площади этой поверхности (Рис. 4).
Сила, действующая перпендикулярно некоторой поверхности, называется силой давления.
Роль силы давления может выполнять вес тела или любая другая сила упругости.
В системе СИ сила измеряется в ньютонах, площадь – в квадратных метрах. Таким образом, давление измеряется в ньютонах на квадратный метр. Эта единица давления имеет особое название – паскаль (Рис. 6), в честь французского ученого Блеза Паскаля (Рис. 5).
Рис. 5. Блез Паскаль (1623–1662)
Рис. 6. Давление в системе СИ измеряется в паскалях
