Сила, дей­ству­ю­щая пер­пен­ди­ку­ляр­но неко­то­рой по­верх­но­сти, на­зы­ва­ет­ся силой дав­ле­ния.

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