Давление

Давление твердых тел

Когда одно тело действует на другое с определенной силой, оно оказывает на него давление. Это давление зависит от силы, на которую оно действует, поверхности, на которую оно действует, и угла, под которым оно действует. Мы будем рассматривать только случаи, когда сила действует под прямым углом.

Давление тем больше, чем больше сила, оказывающая его, и чем оно меньше, тем на большую поверхность оно действует, то есть давление пропорционально силе и обратно пропорционально поверхности, на которую действует сила. .

Силовое давление \(F\) который действует под прямым углом к поверхности \(S\) он рассчитывается по шаблону: \[\large\boxed{p=\frac{F}{S}}\] Давление численно равно интенсивности силы, действующей на единицу площади.

Единица давления в международной системе СИ — паскаль. (\(1\,\mathrm{Pa}\)). Это давление, оказываемое силой \(1\,\mathrm{N}\) на поверхности \(1\,\mathrm{m^2}\). Так: \[1\,\mathrm{Pa=\frac{1\,N}{1\,m^2}}\]

Если, например, поверхность картона \(1\,\mathrm{m^2}\) и масса \(100\,\mathrm{g}\) если положить его самой широкой стороной на пол, он будет оказывать давление \(1\,\mathrm{Pa}\). Это означает, что один паскаль — небольшая единица, поэтому его также используют с приставками: \[1\,\mathrm{hPa=100\,\mathrm{Pa}},\;\;1\,\mathrm{kPa=1000\,\mathrm{Pa}}\] \[1\,\mathrm{MPa=1000\,000\,\mathrm{Pa}}\;\text{ и тд.}\]

Давление передается через твердые тела только в направлении действия силы.

Почему при стоянии на гвоздях, как на картинке, не возникает травм?
Поскольку гвозди расположены плотно, общая поверхность, на которой стоит человек, достаточно велика, чтобы не вызывать опасного давления.

Пример 1:

Какое давление оказывает на пол ученик, масса которого \(40\,\mathrm{kg}\), если поверхность, на которой он стоит, равна \(2\,\mathrm{dm^2}\)?

Решение

Пример 2:

Какое давление оказывает на горизонтальную поверхность кубик льда с ребрами длиной \(40\,\mathrm{cm}\;\;\;\), если он опирается одной стороной на поверхность \((\rho =900\,\mathrm{\frac{kg}{m^3})?}\;\;\;\)

Решение

Пример 3:

Какова масса балерины, опирающейся на кончики пальцев площадью \(4\,\mathrm{cm^2}\;\;\;\) и оказывающей давление на пол размером \(1\, \mathrm{MPa}\;\;\;\;\)?

Решение

Гидростатическое давление

Из-за веса жидкости в жидкости также существует давление. Давление в покоящейся жидкости называется гидростатическим давлением. Если мы наблюдаем столб жидкости, который в основном имеет площадь \(S\) и высоту \(h\), то давление, создаваемое этим столбом, равно частному весу этой жидкости и площади основание колонны. \[p=\frac{Q}{S}=\frac{mG}{S}=\frac{\rho V G}{S}=\frac{\rho \not{\!S}hG}{\not{\!S}}\] \[\large \boxed{p=\rho Gh}\] Как видно из формы, гидростатическое давление не зависит от количества жидкости или формы сосуда, а только от его плотности и глубины. Конечно, это также зависит от силы гравитационного поля.

Пример 4:

На какой глубине в озере гидростатическое давление? \(0,\!5\,\mathrm{MPa}\;\;\)?

Решение

Пример 5:

Какую силу оказывает вода на иллюминатор подводной лодки площадью \(4\,\mathrm{dm^2}\), если подводная лодка находится на глубине 100 метров?

Решение

Закон Паскаля

Внешнее давление передается одинаково во всех направлениях через однородные жидкости и газы, находящиеся в состоянии покоя.

Закон объединенных судов

В соединенных сосудах, в которых однородная жидкость находится в равновесии, свободные поверхности располагаются в одной горизонтальной плоскости.

Гидравлическая машина

Давление, создаваемое силой \(F_1\) на поверхности \(S_1\), равно давлению, создаваемому силой \(F_2\) на поверхности \(S_2\).

Пример 6:

Какую наименьшую силу следует приложить к меньшему поршню гидродомкрата, поверхность \(1\,\mathrm{cm^2}\), чтобы поднять массовый груз с помощью поршня большей поверхности \(2 \,\mathrm{dm^2}\) 20 килограммов?

Решение

Атмосферное давление

Воздух также имеет вес из-за гравитационного действия Земли, поэтому существует атмосферное (воздушное) давление. Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Поскольку воздух сжимаем, его плотность с увеличением высоты уменьшается, поскольку высота (вес) давящего на него столба воздуха становится меньше.

Эксперимент Торричелли

Итальянский физик Евангелиста Торричелли определил величину атмосферного давления следующим образом:
Он налил ртуть в узкую стеклянную трубку, закрытую с одного конца, длиной около 1 метра, а затем повернул отверстие трубки и поместил ее в емкость с ртутью. Зива выделялась ростом в 76 сантиметров. На этой высоте он остановился, поскольку гидростатическое давление столба ртути на этой высоте равнялось атмосферному давлению, действующему на свободную поверхность ртути. Затем он просто вычислил гидростатическое давление, равное атмосферному давлению. \[p_{at}=\rho Gh=13595,\!1\,\mathrm{\frac{kg}{m^3}}\cdot 9,\!80665\,\mathrm{\frac{N}{kg}}\cdot 0,\!76\,\mathrm{m}\] \[\large\boxed{p_{at}=101325\,\mathrm{Pa}=101,\!325\,\mathrm{kPa}}\] Плотность ртути принимается за ноль градусов Цельсия. Это давление называется нормальным атмосферным давлением.

Атмосферное давление обычно выражается в миллибарах (mbar). \[1\,\mathrm{bar}=100\,000\,\mathrm{Pa},\;\;1\,\mathrm{mbar}=0,\!001\,\mathrm{bar}\] \[1\,\mathrm{mbar}=100\,\mathrm{Pa},\;\;1\,\mathrm{mbar}=1\,\mathrm{hPa}\]\[p_{at}=1013\,\mathrm{mbar}-\text{нормальное давление воздуха}\]

Устройство, используемое для измерения атмосферного давления, обычно работает по принципу эксперимента Торричелли и называется барометр. Также имеется металлический барометр (анероид).