Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.
Увеличение и уменьшение давления
При одной и той же силе давление уменьшают увеличением площади, а увеличивают уменьшением площади. Лыжи, снегоступы, широкие опоры и гусеницы помогают распределять нагрузку на большую площадь. Острая кромка инструмента и тонкое жало позволяют получить большее давление на малой площадке при сравнимой силе.
Сила давления из массы
Для тела, неподвижно лежащего на горизонтальной опоре без иных вертикальных воздействий, в простой модели сила давления равна весу: F = mg. Если масса 4 кг, g = 10 Н/кг, сила давления 40 Н. При площади опоры 0,02 м² среднее давление 40/0,02 = 2000 Па. Массу в килограммах нельзя делить на площадь и подписывать результат в Па.
Две опоры
Человек неподвижно стоит на двух ногах. Если площадь контакта каждой подошвы 200 см², общая площадь 400 см² = 0,04 м². При массе 40 кг и g = 10 Н/кг сила давления в простой модели 400 Н. Среднее давление на всю площадь контакта равно 400/0,04 = 10 000 Па = 10 кПа. Здесь используется суммарная площадь обеих подошв, а не одной.
Поворот бруска
Однородный или составной брусок можно ставить на разные грани. Его масса и сила давления в прежних условиях сохраняются, а площадь опоры меняется. Для размеров 20 × 10 × 5 см площади граней равны 200, 100 и 50 см². Наименьшее среднее давление будет при опоре на грань 200 см², наибольшее — на грань 50 см².
Сравнение при изменении двух величин
Если силу увеличили вдвое, а площадь — вчетверо, давление станет вдвое меньше: отношение F/S изменилось в 2/4 раза. Нельзя утверждать, что давление обязательно выросло, только потому что выросла сила. Для качественного сравнения сначала выясните, какая величина сохраняется.
Границы простой модели
Среднее давление не описывает полностью распределение нагрузки в грунте, ткани или сложной конструкции. Реальный контакт может меняться при деформации, часть опоры может не касаться поверхности. В учебных задачах площадь контакта и условия силы заданы явно. Для вывода о давлении используют эти данные, а не только внешний размер лыжи или подошвы.
Проверьте себя
Масса 4 кг, g = 10 Н/кг, F = mg, площадь 0,02 м². Давление?
F = 40 Н; p = 2000 Па.
Две подошвы по 200 см², общая сила 400 Н. Среднее давление?
S = 400 см² = 0,04 м²; p = 10 000 Па = 10 кПа.
На какую грань бруска 20 × 10 × 5 см ставят для наименьшего давления?
На грань 20 × 10 см площадью 200 см² при той же силе.
Силу увеличили вдвое, площадь вчетверо. Что с давлением?
Оно уменьшилось вдвое.