чем обусловлено давление твердого тела

Давление твердых тел

1. Понятие давления

Ребята почему в нашем городе строят не высотные дома, а дома мало этажные, но большой площадью? Верно. Так как в нашем городе под землей шахта, поэтому, чтобы дома не провалились, необходимо строить здания большей площади. Александр Васильевич Суворов, чтобы выиграть бой, решил провести свое войско через болото. Но чтобы не провалиться и провести весь груз, они построили плоты. Как вы считаете почему? Действительно построив плоты большой площади, уменьшив силу давления на поверхность воды, войска благополучно вышли на то место, где находился враг, который их не ожидал. Поэтому русские войска одержали победу.

Давлением называют физическую величину, численно равную отношению действующей силы перпендикулярно к площади поверхности.

Давление зависит не только от площади поверхности, но и от высоты предмета и от плотности этого предмета.

2. Опыты, показывающие, что давление зависит от площади поверхности

Опыт 1 : Возьмем дощечку, в которую вбиты гвозди с разными размерами шляпок и чашу заполненную песком. Если опустить дощечку стороной со шляпками, она погружается в песок меньше, чем другой стороной.

Примеры: Человек идет по снегу в сапогах или по снегу на лыжах. Протыкать ткань легче острой иголкой, чем тупой.

Вывод: Чем меньше площадь поверхности, тем давление больше.

3. Примеры применения давления в технике

Давление учитывается при строительстве зданий, строительстве железных дорог, при изготовлении слесарных инструментов, колес для автомобилей, транспорта в сельском хозяйстве и в военном деле.

Источник

Давление твердых тел

Твердое агрегатное состояние

В природе есть три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное Их характеристики — в таблице:

Твердое состояние очень легко представить — это любой предмет, который мы встречаем в жизни. В этом состоянии тело сохраняет форму и объем. Расстояние между молекулами, приблизительно равно размеру самих молекул, которые, в свою очередь, расположены очень структурированно.

Такая структура называется кристаллической решеткой — из-за четкой структуры молекулам сложно двигаться, и они просто колеблются около своих положений.

Агрегатных состояния точно три?

На самом деле, есть еще четвертое — плазма. Звучит, как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ — газ, в котором помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.

Давление твердого тела

Идущий по рыхлому снегу человек будет в него постоянно проваливаться. Но, надев лыжи, он может передвигаться по снегу спокойно. Казалось бы, сила и масса человека не меняется — он воздействует на снег с одинаковой силой и на лыжах, и без них.

Дело в том, что «проваливание» в снег характеризуется не только силой — оно также зависит от площади, на которую эта сила воздействует. Площадь поверхности лыжи в 20 раз больше площади поверхности подошвы, поэтому человек, стоя на лыжах, действует на каждый квадратный сантиметр с силой в 20 раз меньшей, чем без них.

Или, например, если втыкать кнопки в пробковую доску, и действовать на них с одинаковой силой — легче войдет та кнопка, у которой более заостренный конец, так как у него площадь меньше.

А теперь подтвердим этот вывод опытами, как настоящие физики.

А теперь подтвердим этот вывод опытами, как настоящие физики

Возьмем небольшую доску и вобьем гвозди в ее углы. Также возьмем емкость с песком и поставим конструкцию из доски и гвоздей в эту емкость. Сначала расположим конструкцию так, как показано на рисунке — «шляпками» вниз — и поставим на нее гирю. Конструкция не потонет в песке, а только чуть-чуть углубится.

Затем перевернем конструкцию так, чтобы «шляпки» гвоздей оказались сверху и также поставим на доску гирю. Теперь конструкция потонет в песке.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия силы

Во всех примерах мы говорили о действии силы, перпендикулярной поверхности. Чтобы охарактеризовать это действие, вводят величину «давление».

Давление

p = F/S

Как уменьшить или увеличить давление

Тяжелый гусеничный трактор производит давление на почву, равное 40 — 50 кПа. Мальчик массой 45 кг производит давление всего лишь в 3 раза меньше, чем такой трактор. Это связано как раз с тем, что площадь гусениц больше.

В зависимости от того, какое давление хотят получить, площадь опор уменьшают или увеличивают. Например, чтобы уменьшить давление здания на грунт, в процессе строительства увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей делают значительно шире легковых автомобилей (обратите внимание на колеса какой-нибудь большой фуры). Самые широкие шины можно увидеть на автомобилях, предназначенных для передвижения в пустыне. Тот же самый «лайфхак» используется в шасси самолетов.

Обратная зависимость тоже используется, например, при создании лезвий колющих и режущих инструментов. Острое лезвие имеет малую площадь, поэтому даже при небольшом нажатии создается большое давление.

Задачка раз

Книга лежит на столе. Масса книги равна 0,6 кг. Площадь ее соприкосновения со столом равна 0,08 м2. Определите давление книги на стол.

Решение:

На стол будет давить сила, равная весу книги. Так как она покоится, ее вес будет равен силе тяжести. Следовательно:

p = mg/S = 0,6*10/0,08 = 75 Па

Ответ: давление книги на стол будет равно 75 Па

Задачка два

Гусеничный трактор ДТ-75М массой 6610 кг имеет опорную площадь обеих гусениц 1,4 м2. Определите давление этого трактора на почву.

Решение:

Возьмем небольшую доску и вобьем гвозди в ее углы. Также возьмем емкость с песком и поставим конструкцию из доски и гвоздей в эту емкость. Сначала расположим конструкцию так, как показано на рисунке — «шляпками» вниз — и поставим на нее гирю. Конструкция не потонет в песке, а только чуть-чуть углубится.

p=m⋅g/S = 6610⋅10/1,4 = 47 214Па = 47,2 кПа.

Ответ: давление трактора на почву составляет 47,2 кПа

Задачка три

Человек массой 80 кг с сумкой весом 100 Н стоит неподвижно на полу. Сила давления подошв его ботинок на пол равномерно распределена по площади 600 см2. Какое давление человек оказывает на пол?

Решение:

Масса человека: m = 80 кг.

Вес сумки, которую держит человек: Pc = 100 Н.

Площадь соприкосновения подошвы ботинок с полом: S = 600 кв. см.

600 кв. см = 600/10000 кв. м = 0,06 кв. м

Давление — это отношение силы к площади, на которую она действует. В данном случае на площадь действует сила, равная сумме силы тяжести человека и веса сумки:

Поэтому давление, оказываемое человеком с сумкой на пол, равно

p = (mg + Pc)/S = (80*10 + 100)/0,06 = 15 000 Па = 15 кПа

Ответ: давление человека, держащего сумку, на пол равно 15 кПа

Источник

Урок по физике на тему «Передача давления твердым телом, жидкостью и газом. Закон Паскаля» (7 класс)

Тема: « Передача давления твердым телом, жидкостью и газом. Закон Паскаля. »

Задачи : ввести понятие давления; усвоить причины давления в жидкостях и газах; формировать умение вычислять давление. Развитие мышления; развитие коммуникативных способностей по предмету; развитие способностей сопоставить факты, результаты, анализировать, высказывать свою точку зрения по проблеме урока. Создать условия для развития коммуникативной, информационной, мотивационной компетенций; воспитание интереса к предмету.
Форма проведения : комбинированный урок.
Средства и методы : объяснение, проблемно-поисковая беседа, демонстрация, решение задач.

Проверка домашнего задания.

Актуализация знаний учащихся.

Что называют давлением? ( Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением )

Как определяют давление? ( р = F/S )

Какие единицы давления вы знаете?

Можно ли увеличить или уменьшить давление? (увеличить значение действующей силы, уменьшить площадь той поверхности, перпендикулярно которой эта сила действует)

Изложение нового материала.

Свойства твердых тел, жидкостей и газов зависят от их строения.

Твердые тела: молекулы расположены в строго определенном порядке, совершают колебательные движения относительно положения равновесия.

Жидкости: расстояния между молекулами соизмеримо с размерами самой молекулы, совершают колебательные движения и отдельные рейды

Газы: расстояния между молекулами в десятки раз больше размеров самих молекул, движутся беспорядочно.

Чем обусловлено давление твёрдых тел?

на ладонь поставьте вертикально книгу и надавите другой рукой на книгу сверху вниз. Что вы ощущаете? (возрастание давления)

поставьте книгу на стол и надавите на нее сверху вниз. Другую руку приставьте к книге сбоку. Ощущает ли рука давление? (нет)

Молекулы в твердых телах расположены в определенном порядке, совершая колебания около положения равновесия. Следовательно, они передают оказываемое на них давление строго в направлении внешнего воздействия за счет притяжения молекул к Земле.

Причиной давления твердых тел является сила притяжения тела к Земле.

Чем обусловлено давление газов?

В газах молекулы движутся беспорядочно.

Причиной давления газа является действие всех молекул на стенки сосуда, оно и создает давление газа.

Давление газа зависит:

От числа частиц в единице объема. Чем больше молекул ударяются о стенки сосуда, тем больше давление. ( Насосом накачиваем шарик. Или просто надуваем Чем больше количество молекул, тем выше давление)

От упругого состояния газа. При сжатии газа давление возрастает, а при расширении – уменьшается. ( Берем шприц без иголки. Прикроем отверстие для вставки иглы пальцем. Вдвигая поршень, обнаружите увеличение давления )

От температуры. Если нагреть газ, то частицы в нем будут двигаться быстрее, т.е. скорость возрастет. А значит, молекулы будут чаше сталкиваться со стенками сосуда и передадут ему большее больше движения. ( На горлышко бутылки надеты воздушные шарики. Одну бутылку поливаем горячей водой, а другую холодной. На бутылке, которую поливают горячей водой шарик начинает надуваться. Так как воздух в бутылке нагревается, молекулы начинают быстрее двигаться расстояние между молекулами увеличивается. Давление становится больше. )

Чем обусловлено давление жидкостей?

Молекулы жидкостей достаточно легко меняют свое положение относительно друг друга. Подвижностью частиц жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку.

Эксперимент: пластмассовая бутылка с отверстиями, заполненная водой

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.

Опустим трубку с резиновым дном, в которую налита вода, в другой, более широкий сосуд с водой. Мы увидим, что по мере опускания трубки резиновая пленка постепенно выпрямляется. Полное выпрямление пленки показывает, что силы, действующие на нее сверху и снизу, равны. Наступает полное выпрямление пленки тогда, когда уровни воды в трубке и сосуде, совпадают.

Итак, опыты показывают, что внутри жидкости существует давление и на одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Опыт с шаром Паскаля:

Что мы увидели?(жидкость с одинаковым напором выходит из всех отверстий шара).

-Какой вывод можно сделать из этого опыта?

Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку объема жидкости или газа. (Закон Паскаля)

ЭКСПЕРИМЕНТ. Перед классом три ученика с шариками. В один из шариков наливаем воду, во второй мелкие твердые предметы, а третий просто надуваем. В чем отличие?

Ответ: Отличие есть – в случае давления жидких и твердых тел мы видим, что давит вниз из-за притяжения к Земле. Причиной же давления газа является действие всех молекул на стенки сосуда, оно и создает давление газа.

Источник

Давление твердых тел, жидкостей и газов. Закон Паскаля

Урок 24. Подготовка к ЕГЭ по физике. Часть 1. Механика.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Давление твердых тел, жидкостей и газов. Закон Паскаля»

В данной речь пойдет о давлении твердых тел, жидкостей и газов и о законе Паскаля.

Раздел механики, который изучает равновесие жидкостей и газов, называется гидростатикой. Движение жидкостей изучает гидродинамика, а движение газов — аэродинамика.

Основные законы, которым подчиняются движение и равновесие жидкостей и газов, одинаковы. Поэтому под термином «жидкость» будем понимать, как непосредственно саму жидкость, так и газ.

В отличие от твердых тел жидкости и газы не имеют определенной формы. Так газы равномерно заполняют весь предоставленный им объем. А жидкости, благодаря своей текучести, принимают форму того сосуда, в котором они находятся, занимая обычно часть объема сосуда, сохраняя при этом свой объем.

Между жидкостью и остальной частью объема сосуда, наполненного парами жидкости и воздухом, образуется свободная поверхность. Когда сосуд неподвижен, свободная поверхность строго горизонтальна, то есть вектор ускорения свободного падения перпендикулярен поверхности. И только у стенок сосуда поверхность жидкости слегка искривляется (наблюдаются явления смачивания или же не смачивания).

Также налитая в сосуд жидкость вызывает деформацию стенок. Эту деформацию трудно заметить, если стенки твердые. Но если в сосуде сделать отверстие и заклеить его эластичной пленкой, то деформация стенки будет хорошо заметна.

Как показывает опыт, жидкости действуют с некоторыми силами на любую поверхность твердого тела, граничащего с ней — на дно и стенки сосуда, на поверхность тела, помещенного в жидкость, со стороны одного слоя жидкости на другой. Эти силы называют силами давления. Они обладают рядом особенностей:

1) по своей природе, это силы упругости сжатых жидкостей;

2) силы давления, благодаря текучести жидкости, всегда направлены перпендикулярно поверхности, на которую они действуют;

3) силы давления распределены по всей поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью, а поэтому силы давления зависят от размеров этой поверхности.

Для того, чтобы охарактеризовать распределение сил давления вдоль поверхности соприкосновения, и вводят понятие давления.

Давление — это скалярная физическая величина, определяемая отношением модуля силы давления, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.

В системе СИ единицей давления является паскаль.

Следует отметить, что по записанной нами формуле, можно вычислять давление, производимое не только жидкостями и газами, но и давление твердых тел.

Рассмотрим сосуд с жидкостью. Выделим мысленно в нем вертикальный столб жидкости высотой h, основанием которого является площадка площади S.

Объем выделенного столбика жидкости равен произведению его площади основания и высоты.

А его масса — произведению плотности и объема жидкости.

Рассмотрим силы, действующие на выделенный столб жидкости. На верхнее основание столба действует сила атмосферного давления, на нижнее основание — сила давления со стороны жидкости, плюс на выделенный столб жидкости действует сила тяжести со стороны Земли.

Так как жидкость неподвижна, то сумма сил давления и силы тяжести столба жидкости, в проекциях на вертикальное направление, должна быть равна нулю.

Разделив записанное уравнение на S и перенеся второе и третье слагаемое в правую часть уравнения, получим, что давление внутри жидкости на любой глубине равно сумме атмосферного (или внешнего) давления на жидкость и давления, обусловленного действием силы тяжести.

Давление, обусловленное весом жидкости, называется гидростатическим давлением.

Таким образом, гидростатическое давление равно весу столба жидкости с единичным основанием и высотой, равной глубине погружения тела под свободной поверхностью жидкости.

Как видно из записанной формулы, давление жидкости на дно не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость, а определяется только высотой уровня жидкости и ее плотностью.

Следует отметить, что записанные формулы получены в предположении, что жидкость несжимаема, то есть ее плотность одинакова по всем направлениям и не изменяется с течением времени.

Также хотелось бы обратить ваше внимание на различие двух выражений: «давление жидкости на глубине…» и «давление в жидкости на глубине…». В первом случае имеется в виду гидростатическое давление, а во втором — полное давление. Это надо учитывать при решении различных задач.

Как показывают многочисленные опыты и математические вычисления, давление представляет собой такую характеристику состояния жидкости в данном месте, которая не зависит от ориентации площадки, мысленно выделенной внутри жидкости, и величины ее площади (так как оно всегда относится к единице площади поверхности). Оно зависит лишь от степени сжатия жидкости, которое возникает вследствие того, что жидкость обладает весом, или потому, что на нее действуют внешние поверхностные силы.

В этом и состоит суть закона Паскаля, который говорит нам о том, что жидкость (или газ) передает производимое на нее поверхностными силами внешнее давление по всем направлениям без изменения. При этом, если давление, создаваемое внешними силами, изменится на некоторую величину, то на столько же изменится и давление в каждой точке жидкости.

Закон Паскаля можно подтвердить экспериментально с помощью металлического шара с отверстиями и присоединенного к нему цилиндра с поршнем. Если заполнить эту систему водой (или дымом) и вдвигать поршень, то из отверстий брызнут радиально расходящиеся одинаковые струи воды.

Закон Паскаля позволяет объяснить действие распространенного в технике устройства — гидравлического пресса. Гидравлический пресс состоит из двух цилиндров разных диаметров, снабженных поршнями, и соединенных между собой трубкой. Пространство под поршнями и трубка заполняются какой-либо жидкостью (обычно машинным маслом).

Гидравлический пресс используется для получения выигрыша в силе. Причем этот выигрыш будет тем больше, чем больше площадь большого поршня по сравнению с площадью малого поршня.

Конечно же в реальных условиях записанное уравнение выполняется лишь приближенно, так как оно получено для невесомой и несжимаемой жидкости, а реальные жидкости все-таки не подчиняются этим правилам.

Отметим также то, что, как и любой простой механизм, выигрыша в работе пресс не дает.

Сосуды, из которых состоит гидравлический пресс, называются сообщающимися. Иными словами, сообщающиеся сосуды — это сосуды, соединенные ниже поверхности жидкости, так, что жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой.

Примерами сообщающихся сосудов могут также служить различного рода чайники и садовые лейки, шлюзы на каналах и реках, водонапорные башни и так далее.

Из условия равновесия жидкости следует закон сообщающихся сосудов: в открытых неподвижных сообщающихся сосудах жидкость устанавливается так, что давление во всех точках, расположенных в одной горизонтальной плоскости, одинаково.

Если в неподвижных сообщающихся сосудах находится однородная жидкость, то ее свободная поверхность устанавливается на одном уровне.

Если же налиты две несмешивающиеся однородные жидкости, то высоты столбов жидкостей над уровнем раздела обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей.

Рассмотрели основные свойства, которыми обладают жидкости и газы. Повторили понятие «давление» и формулировку закона Паскаля. Поговорили о таком механизме, как гидравлический пресс. А также вспомнили, какие сосуды называются сообщающимися и закон, которому подчиняются находящиеся в таких сосудах жидкости.

Источник