Физика (7 класс)/Давление
По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.
Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.
Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).
Этот вывод подтверждают физические опыты.
По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.
От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.
В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.
Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.
Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:
давление = сила / площадь.
Обозначим величины, входящие в это выражение: давление — p, сила, действующая на поверхность, — F и площадь поверхности — S.
Тогда получим формулу:
p = F/S
Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.
За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 перпендикулярно этой поверхности.
Единица давления — ньютон на квадратный метр ( 1 Н / м 2 ). В честь французского ученого Блеза Паскаля она называется паскалем (Па). Таким образом,
1 Па = 1 Н / м 2 .
Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).
Пример. Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, масса которого 45 кг, а площадь подошв его ботинок, соприкасающихся с полом, равна 300 см 2 .
Запишем условие задачи и решим её.
Дано: m = 45 кг, S = 300 см 2 ; p = ?
В единицах СИ: S = 0,03 м 2
Решение:
p = F/S,
P = g·m,
P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,
p = 450/0,03 Н / м 2 = 15000 Па = 15 кПа
‘Ответ’: p = 15000 Па = 15 кПа
Способы уменьшения и увеличения давления.
Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 — 50 кПа, т. е. всего в 2 — 3 раза больше, чем давление мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь за счёт гусеничной передачи. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.
В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.
Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.
Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.
С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм 2 , то давление, производимое ею, равно:
p = 50 Н/ 0, 000 001 м 2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.
Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.
Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.
Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. — все они из твердого материала, гладкие и очень острые.
Давление
Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.
Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см 2 за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, — оно и создает давление газа.
Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.
Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.
Как объяснить этот опыт?
В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.
Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.
На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.
Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда — давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.
Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.
А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большее давление.
Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются.
Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.
Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газовые баллоны нельзя нагревать, тем более, когда они заполнены газом. Потому что, как мы уже понимаем, может произойти взрыв с очень неприятными последствиями.
Закон Паскаля.
В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.
Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку. Рассмотрим это явление подробнее.
На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.
Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.
Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях.
Это утверждение называется законом Паскаля.
На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.
На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.
Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.
Давление в жидкости и газе.
На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому, каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создает давление, которое по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.
В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.
Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.
Единицы давления
Если перпендикулярно поверхности приложена сила, она является силой давления. Отношение силы давления к площади этой поверхности будет являться давлением, которое можно рассчитать:
p = F / s
В данной формуле использованы следующие буквенные обозначения:
p — обозначает величину давления;
F – величина приложенной к поверхности силы давления;
s – обозначение площади поверхности.
За единицу измерения давления принято давление, совершаемое силой в 1 Н на поверхность площадью 1 кв.м. В честь ученого Б.Паскаля единицу давления 1Н/кв.м назвали паскалем. 1Па = 1Н/кв.м.
Производные от паскаля единицы измерения:
- 1 кПа = 1000 Па
- 1 гПа = 100 Па
- 1 МПа = 1000000 Па
- 1 мПа = 0,001 Па
В разных областях, связанных с техникой, используют и такие единицы измерения:
- мм.рт.ст. — миллиметр ртутного столба (торр)
- мм.вод.ст. — миллиметр водного столба
- атм. — физическая (нормальная) атмосфера
- ат — техническая атмосфера
- Б — бар
- кгс/см 2 — килограмм-сила на квадратный сантиметр
- кгс/м 2 — килограмм-сила на квадратный метр
1 ат. = 1 кгс/кв.см
1 кгс/см2 = 98066,5 Па
1 кгс/м2 = 9,80665 Па
1 Па (Н/м2) = 0.0075006 Миллиметров рт.ст
1 Па (Н/м2) = 0.10197 Миллиметров водяного столба
1 Па (Н/м2) = 0.0000099 Атмосфера стандартная (физическая)
1 Па (Н/м2) = 0.0000102 Атмосфера «метрическая» (техническая)
1 Па (Н/м2) = 10 Микробар
1 Па (Н/м2) = 0.00001 Бар
Для быстрого перевода единиц давления воспользуйтесь онлайн калькулятором. Для этого вы должны лишь указать числовое значение величины и выбрать нужную единицу.
Что означает P в физике?
Аналогично, что такое P FV? Питания можно определить как скорость выполнения работы или скорость использования энергии. Часто бывает удобно вычислить среднюю мощность. … В простых случаях, когда постоянная сила перемещает объект с постоянной скоростью, мощность равна просто P = Fv.
Почему P используется для импульса в физике? Ясно, что если бы использовалась буква «м», вполне могла бы возникнуть путаница с массой. Импульс по-немецки — der Impuls [так в оригинале], а по-французски — l’impulsion. … Выбор «я» в качестве его символа привел бы к путанице с моментом инерции и инерцией. По этой причине немцы и французы выбрал «p» для импульса.
Похожие страницы:Блог
Какие есть 3 вида налогов?
Как найти среднюю точку между двумя точками?
Как вы делаете кадровые прогнозы?
Как найти начальную скорость, зная только время?
Импульс ро или P? Ответ имеет 2 голоса. Плотность нормальная, заданная ро, но импульс определенно ап, а не ро.
Во-вторых, выполнена ли работа VF? Работа сделана когда сила перемещает объект в направлении действия силы и определяется произведением силы на расстояние, пройденное в этом направлении. Примечание: … Это связано с тем, что прилагаемая сила не совпадает с направлением движения!
Что такое физика FV?
Энергия или выполненная работа равна произведению силы на расстояние и выражается в Нм, поэтому F•V равно в единицах энергии (или выполненной работы) в единицу времени (Нм/сек), что является размерностью SI для мощности (P). Так, например, если бы вы приложили силу F = 2 Н к объекту и переместили его на 3 м, то работа, которая будет выполнена b.
тогда как p W t? Это соотношение работа/время. Математически это вычисляется с использованием следующего уравнения. … Как следует из уравнения для мощности, единица мощности эквивалентна единице работы, деленной на единицу времени. Таким образом, Ватт эквивалентен джоулю в секунду.
Что означает ПМВ в науке? Сводный раздел. Линейный импульс (импульс для краткости) определяется как произведение массы системы на ее скорость. Символами линейный импульс p определяется как p = mv, где m — масса системы, а v — ее скорость. Единицей импульса в системе СИ является кг м/с.
Что это за символ ρ?
Rho (верхний/нижний регистр P ρ) 17-я буква греческого алфавита. Он используется для обозначения звука «р» в древнегреческом и новогреческом языках. В системе греческих цифр имеет значение 100.
Что такое МВР? Формула угловой момент есть l = mvr, где l — угловой момент, m — масса, v — скорость, r — радиус.
Что такое ро в физике?
Удельное сопротивление, обычно обозначаемое греческой буквой rho, ρ, количественно равно сопротивлению R образца, такого как провод, умноженному на площадь его поперечного сечения A и деленному на его длину l; ρ = РА/л. … Единицей сопротивления является ом.
Что такое линейный импульс на примере? Линейный импульс определяется как произведение массы (m) объекта и скорости (v) объекта. Эту зависимость можно описать в виде уравнения. Это дается как: Импульс = масса тела, умноженная на его скорость. т.е. P = m раз v.
Почему сила dU DX?
dU/dx составляет как потенциальная энергия в направлении x. Очевидно, Fx — это восстанавливающая сила пружины при ее сжатии или растяжении, направление которой всегда противоположно сжатию или растяжению.
Что такое энергия?
ДЕ Энергия один из крупнейших розничных продавцов солнечных систем для жилых и коммерческих солнечных систем в Квинсленде.. Наш оптимизированный процесс обеспечивает прозрачность для наших клиентов, чтобы предоставить всю информацию, необходимую им при рассмотрении вопроса о солнечной энергии, без скрытых сюрпризов.
Что такое физика Wext? Чай работа, выполненная внешним. сил (Wext) относится к полной механической энергии исходного (TMEi) и полной энергии исходного. конечное состояние (TMEf) системы следующим образом: TMEi + Wext = TMEf.
Что такое К-физика? Постоянная Больцмана, (символ k), фундаментальная физическая константа, встречающаяся почти во всех статистических формулировках как классической, так и квантовой физики.
Что такое ФМВ?
F=mv — это то, во что верили древнегреческие философы — в основном, что скорость тела пропорциональна приложенной силе. Это верно. в том случае, если все объекты имеют трение о них. По мере увеличения скорости тела сила трения увеличивается, пока не достигнет стабильной скорости.
Что такое масса умножить на гравитацию? Вес объекта — это сила тяжести, действующая на объект, и может быть определена как масса, умноженная на ускорение свободного падения. w = мг.
Что такое P в P IV?
P = IV. Электрическая мощность (P) равна просто произведение тока на напряжение. Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 W.
Что такое работа в 11 классе физики? В физике работа определяется как произведение силы и перемещения. Если на объект действует сила, совершенная работа есть не что иное, как произведение величины этой силы и смещения объекта, вызванного этой силой.
Что означает MV в химии?
MV, сокращение для мегавольт, или 1,000,000 1 1,000 вольт, мера электрического потенциала. Менделевий, химический элемент с прежним символом Mv. мВ, милливольт: XNUMX/XNUMX вольта, мера электрического потенциала. mv (масса × скорость), импульс в физике.
Увеличивается ли импульс по мере того, как объект замедляется? Ускорение и импульс
Следовательно, объект, движущийся с ускорением, имеет увеличивающаяся скорость и увеличение импульса. Замедляющийся объект имеет уменьшающуюся скорость и со временем будет терять импульс.
Что такое Pmotion?
импульс, p объекта определяется как произведение его массы m и скорости v.