Урок 8. Давление твердых тел - Материалы к изучению

Давайте попробуем ответить на вопросы:

Почему подушка, на которой мы спим, мягкая?

Для чего ножи остро затачивают?

И почему у школьных рюкзаков широкие лямки?

Ответы на эти и другие вопросы Вы узнаете сегодня на уроке.

Сегодня на уроке вы познакомитесь с новой физической величиной – давлением.

Для начала обсудим давление, которое производят твердые тела. Вы узнаете физический смысл давления, способы его изменения и научитесь вычислять давление.

Дом, в котором мы живем, оказывает давление на землю. Когда мы рисуем, кончик карандаша давит на бумагу. Мы слышим звуки потому, что звуковые волны оказывают давление на барабанные перепонки в ушах. 

Что же нам нужно знать о давлении, чтобы правильно использовать его в жизни?

С помощью простого эксперимента определим от чего зависит давление.

 Возьмем небольшую доску, в углы которой вбиты четыре гвоздя, и поместим ее остриями вверх на песок. Сверху на нее положим гирю. Наблюдаем, что шляпки гвоздей лишь незначительно углубляются в песок. Перевернем доску и снова поставим ее на песок. Сверху на нее опять положим гирю. Теперь  мы наблюдаем, что  гвозди входят в песок значительно глубже.

Вывод: результат воздействия силы, с которой тело давит на поверхность, зависит от площади этой поверхности. Гвозди при той же площади опоры погрузятся в песок глубже.

Вывод:результат воздействия силы, с которой тело давит на поверхность, зависит от величины прикладываемой силы.

Таким образом, результат воздействия зависит:

-от силы, с которой тело давит на поверхность;

-от площади этой поверхности.

С точки зрения физики попробуем сформулировать определение: Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно

поверхности, к площади этой поверхности.

где р – это давление, F – сила давления, S – площадь опоры

Сила, действующая перпендикулярно некоторой поверхности, называется силой давления. Роль силы давления может выполнять вес тела или любая другая сила упругости. Между силой давления и давлением существует прямо пропорциональная зависимость, то есть чем больше сила, тем больше давление и наоборот, чем меньше сила, тем меньше давление. Однако, сила давления обратно пропорциональна площади опоры тела. Чем больше площадь, тем меньше давления.

Единица давления – ньютон на квадратный метр  названа называется паскалем (Па). 

Один паскаль (Па) – это давление, создаваемое силой давления в 1 ньютон, равномерно распределенной по поверхности площадью один квадратный метр. Единица измерения названа в честь французского ученого Блеза Паскаля)

Один паскаль – небольшое давление. Примерно такое давление создает лежащий на столе листок из школьной тетради. Поэтому очень часто используют кратные единицы давления.

Наверное каждый из вас может привести примеры давлений, оказываемого твердыми телами на площадь опоры из собственного жизненного опыта. 

Когда мы стоим на рыхлом снегу на лыжах или просто на ногах. Стоя на лыжах мы не будем проваливаться в снег, а без лыжи– погрязнем глубоко в снегу. В рассмотренном примере сила действует перпендикулярно поверхности, т.е. вес человека перпендикулярен поверхности снега или земли. Для уменьшения давления шины грузовых автомобилей делают шире, чем шины легковых автомобилей. 

 Для того чтобы тяжелый трактор или танк не проваливался в рыхлый грунт, на них устанавливают не колеса, а широкие и длинные гусеницы. Все перечисленные примеры свидетельствует о том, что изменение площади, по которой распределена одна и та же сила приводит к тому, что результат действия этой силы оказывается различным. Мы узнали, что такое давление, как вычисляется и в чем измеряется, а теперь решим задачу.

Трактор массой 5610 кг имеет опорную площадь обеих гусениц 1,5 м2. Какое давление оказывает трактор на почву?

Масса трактора равна 5610 кг, опорная площадь обеих гусениц 1,5 м2. Определим давление, которое оказывает трактор на почву 

 Все величины в условии заданы в системе СИ, поэтому можно сразу перейти к решению задачи.По условию задачи требуется определить давление, поэтому вначале записываем формулу для давления. В формуле давления неизвестна величина силы, определим ее по формуле силы тяжести. Подставим в формулу давления 

P = F/S         вместо силы тяжести F=mg 

и представим формулу давления итоговой формулой     P=mg/S   

Подставим соответствующие численные значения

p=(5610 кг∙9,8  Н/кг)/(1,5 м2 ) = 36652 Па

и запишем ответ

Ответ: 36652 Па

Приведем несколько интересных фактов о давлении

Знаете ли вы, что: 

... втыкая пальцем иглу или булавку в ткань, мы создаем давление около 100 000 000 Па

... когда жалит оса, то она оказывает на кожу человека давление 30 000 000 000 Па

….. Давление слона на землю в 10 раз меньше давления женщины, стоящей «на шпильках».

…..Давление в центре земного шара равно приблизительно 300 млрд. Па, т.е. 300 000 000 000 Па

Вернемся к вопросам, поставленными в начале урока:

1. Почему подушка, на которой мы спим  мягкая?

 Форма подушки в точности совпадает с рельефом нашей головы, когда мы на нее ложимся. Площадь соприкосновения головы с подушкой большая, следовательно, давление головы на подушку мало. Мягким может оказаться любая твердая поверхность, даже деревянный или бетонный пол, если он будет в точности облегать тело человека

1. Для чего ножи остро затачивают?

Лезвия ножей остро оттачивают, т.к. острые края имеют маленькую площадь соприкосновения с обрабатываемой поверхностью, благодаря чему даже при небольшой силе воздействия создается значительное давление на предмет. 

1. И почему у школьных рюкзаков широкие лямки?

Чем больше площадь лямок (опоры), тем меньше давление на плечи и руки.

Сегодня мы узнали как производится давление твердыми телами. На следующем уроке мы изучим как производят давление жидкости