Механическое давление в физике - виды, формулы и определения с примерами

Содержание:

Механическое давление:

Основным признаком действия силы является изменение скорости тела или его частей. Если в результате действия силы отдельные его части по-разному изменяют скорость, то тело деформируется. Особенностью деформации есть то, что при одной и той же силе она может быть различной.

От чего зависит деформация взаимодействующих тел

Возьмем широкий сосуд и наполним его увлажненным песком. Используя деревянную дощечку, изготовим столик, забив в нее гвозди (рис. 79). Поставим столик на песок шляпками гвоздей книзу. Под гвоздями образуются небольшие вмятины.

Перевернем столик и поставим его на песок остриями гвоздей (рис. 80).

Почему результаты опытов различны

Результаты опытов можно легко объяснить, учитывая, что между песчинками существуют определенные силы взаимодействия. В первом опыте ножки столика имели значительную площадь опоры и действовали на большое количество песчинок, удерживаемых межмолекулярными силами. В результате этого на каждую песчинку действовала незначительная сила, которой было недостаточно для разрушения связей. Во втором опыте сила действовала на небольшое количество песчинок, расположенных под острыми частями гвоздей. Понятно, что в этом случае на каждую песчинку действовала значительно большая сила. Сил взаимодействия между песчинками стало недостаточно, чтобы уравновесить действующую силу, и связи между песчинками нарушились. Гвозди легко погрузились в песок.

Во всех подобных случаях очень сложно определить, на какое количество молекул действует сила. Но понятно, что чем больше поверхность взаимодействия между телами, тем большее количество молекул под ней находится. Поэтому условились рассчитывать силу, действующую на единицу площади поверхности тела. Это дает возможность проводить определенные расчеты и выяснять предполагаемые результаты действия силы.

Что такое давление

Физическую величину, которая равна силе, действующей на единицу площади поверхности, называют механическим давлением.  

Что такое сила давления

Силу взаимодействия, которая действует перпендикулярно поверхности тел, называют силой давления. Именно эту силу используют для расчета давления.

Как рассчитать давление

При увеличении силы давление будет увеличиваться, то есть оно пропорционально силе давления. Если при одинаковой силе давления увеличивать площадь взаимодействия, то давление будет уменьшаться. Следовательно, давление обратно пропорционально площади взаимодействия. При коэффициенте пропорциональности, равному 1, формула для расчета давления будет такой:

где - давление; - сила давления; - площадь поверхности, на которую действует сила.

Единицей измерения давления является давление силы 1 Н на площадь поверхности 1 м². Эту единицу назвали паскалем (Па) в честь французского ученого Блеза Паскаля:

Блез Паскаль (1623-1662) - французский математик, физик и философ. Физические исследования касаются в основном гидростатики. Ему принадлежит открытие закона передачи давления жидкостью. он разработал принцип действия гидравлической машины, использовал ртутный барометр для предсказания погоды, создал счетную машину.

Давление 1 Па очень маленькое. Такое давление создает тело массой 102 г, действуя на поверхность 1 м². Поэтому в практике обычно используют кратные единицы:

• 1 гектопаскаль = 100 Па = 1 гПа;
• 1 килопаскаль = 1000 Па - 1 кПа;
• 1 мегапаскаль = 1 000 000 Па = 1 МПа.

В природе взаимодействуют различные тела. Поэтому и значения давления могут быть самыми разнообразными. Некоторые значения давления приведены в таблице.

• Заказать решение задач по физике

Если знать давление, можно легко рассчитать силу давления или площадь поверхности, на которую оно действует:

Как можно изменить давление

Давление при необходимости можно произвольно изменять, увеличивая или уменьшая силу. На графике (рис. 81) видим, что давление пропорционально силе давления.

Однако изменять давление путем изменения силы давления не всегда удобно и возможно. Поэтому изменяют площадь, на которую действует сила давления. Если увеличивать площадь поверхности, то давление соответственно будет уменьшаться, и, наоборот, с уменьшением площади давление будет увеличиваться. На графике (рис. 82) эта зависимость показана кривой, характерной для обратно пропорциональной зависимости.

Как учитывают давление

Особенности давления учитывают в технике, на производстве, в быту. Создавая проект дома, архитектор прежде всего заботится о том, чтобы здание не погружалось в почву. Уменьшать массу дома можно только в определенных пределах, за пределами которых он теряет необходимую крепость. Поэтому в таких случаях строят фундамент, имеющий большую площадь опоры (рис. 83).

Чтобы не увязать в рыхлом снеге, пользуются лыжами, которые существенно увеличивают площадь опоры и уменьшают давление. Площадь конца иголки для шитья равна всего 0,001 мм². Поэтому для прокалывания плотной ткани достаточно даже незначительной силы.

У всех режущих инструментов - ножей, ножниц, резцов - режущая поверхность имеет очень небольшую площадь, что обеспечивает значительное давление, необходимое для резания.