Давление

Почему, шагая по глубокому снегу в зимней обуви, мы обязательно проваливаемся, а надев лыжи, можем совершенно спокойно перемещаться, как по ровной поверхности? Почему мы режем хлеб острым ножом, а не ложкой или вилкой? Почему, катаясь на велосипеде по бездорожью, мы можем застрять в песке, а с любой машиной на гусеничном ходу это никогда не случится?

Ответы на эти и другие вопросы ты получишь, ознакомившись с таким понятием, как давление.

Что такое давление?

Давление — это сила, которую прикладывают перпендикулярно какой-либо поверхности. Давление на поверхность оказывают как твердые тела, так и жидкости, газы.

Тебе наверняка приходилось резать яблоко тупым ножом. Как ты думаешь, почему острый нож режет лучше? Площадь соприкосновения острого ножа и яблока меньше, поэтому твое яблоко успешно режется на дольки именно этим ножом

От чего зависит давление?

Давление зависит от двух составляющих: прилагаемой силы и площади поверхности.

Давай рассмотрим следующий пример: один гимнаст удерживает другого обеими руками. При этом руки гимнаста, находящегося сверху, оказывают определенное давление на руки нижнего гимнаста, и давление распределяется равномерно на обе руки. Когда верхний гимнаст отпускает одну руку, площадь соприкосновения обоих гимнастов уменьшается, поэтому давление на руку нижнего гимнаста возрастает вдвое. То есть уменьшение площади способствует увеличению давления. Теперь ты знаешь, что для увеличения силы воздействия на поверхность нужно просто уменьшить площадь соприкосновения предметов.

Например, этот принцип широко применяется в карате для разбивания досок. Теперь понятно, почему удар по доске или кирпичу ребром руки гораздо эффективнее, чем ладонью: именно так резким ударом каратисты разбивают доски на две части. Если ты со всей силы ударишь по доске ладонью, доска останется целой, а на руке появится большой синяк.

Давление внутри жидкости с глубиной увеличивается. Это объясняется тем, что верхний слой жидкости давит на нижний, а тот — на еще более низкие слои

В каких случаях уменьшают давление?

Иногда большая поверхность гораздо предпочтительнее, чем маленькая. Так, ходить по снегу в снегоступах гораздо проще, чем в обычных ботинках. Нога не проваливается в снег, так как наш вес равномерно перераспределяется по площади снегоступа (она гораздо больше, чем площадь подошвы обуви), при этом сила давления становится меньше, и соответственно уменьшается твое давление на поверхность снега.

Такой же принцип касается беговых и водных лыж. Как и снегоходы, лыжи позволяют удержаться на поверхности снега или воды.

Интересные факты

• Давай разберем обычное катание на коньках. У конька очень острое лезвие, и со льдом контактирует довольно небольшая поверхность. Это означает, что твой вес создает большое давление на лед, причем оно гораздо больше, чем когда ты стоишь на льду в обычной обуви.
• Лед обладает одной очень интересной особенностью: он тает под давлением, даже если его температура ниже 0°С. Поэтому, когда ты катаешься на коньках, ты фактически скользишь по тонкому слою только что растаявшей воды, которая тут же замерзает по мере твоего движения!
• Сложно поверить, но даже очень стройная модель может испортить пол своими каблуками. Этот факт можно объяснить очень малой площадью каблука, который создает большое давление на поверхность пола. Между прочим, давление такой шпильки гораздо больше давления, создаваемого слоном, если бы он стоял на этом же подиуме.

Давление и текучие вещества

С точки зрения физики, газы и жидкости относятся к текучим веществам, т.е. веществам, способным изменять форму в зависимости от сосуда, в котором они находятся. По сравнению с твердыми веществами жидкости и газы несколько иначе реагируют на давление. Например, если ты возьмешь в руки мяч, его внешний вид вообще не изменится от твоего прикосновения, однако если ты с силой сожмешь мяч, то он деформируется. Что касается текучих веществ, то они скорее разольются, чем деформируются.

Открытие Паскаля

Французский математик и физик Блез Паскаль, живший в XVII в., исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов.

Портрет Блеза Паскаля

Он провел очень простой опыт: в закрытую бочку, наполненную водой, вставил длинную узкую трубку. Поднявшись на второй этаж, Паскаль через трубку влил в бочку всего лишь стакан воды. В это трудно поверить, но бочка развалилась на части! Почему это произошло? Вода в бочке заняла весь объем, и давление воды увеличилось настолько, что бочка лопнула. На основании этого опыта ученый пришел к выводу, что когда на поверхность жидкости или газа оказывается давление, это давление передается без изменения в любую точку жидкости или газа.

На основе изучения этого явления, открытого ученым, были созданы различные приборы и механизмы, в которых используется закон Паскаля.

Гидравлический пресс

Практически каждый день мы сталкиваемся с необходимостью перемещать какие-либо предметы. И нет никаких проблем, если вес этих предметов 3—5 или даже 10 кг! А вот что делать, если нужно поднять, например, машину на станции техобслуживания? Вот здесь и приходится прибегать к помощи специальных механизмов. Одним из них является гидравлический пресс. Гидравлический пресс позволяет получить большой выигрыш в силе даже в случае приложения незначительных усилий. Устройство представляет собой два сообщающихся цилиндра разного диаметра. Цилиндры заполняются маслом, водой или любой другой жидкостью. Сверху каждый цилиндр плотно закрыт поршнем.

Согласно закону Паскаля, давление распространяется одинаково по всем направлениям. Поэтому когда мы применяем силу, например, нажимаем на поршень малого цилиндра, то такое же давление передается на второй поршень, и машина поднимается.

Системы водоснабжения, газо- и нефтепроводы

Без применения закона Паскаля создание водопроводов, газо- и нефтепроводов не было бы возможным! Принцип работы этих сложных систем состоит в том, что давление, которое создается насосами для нагнетания воды, газа или нефти, без изменения передается по трубам от насоса до места назначения.

Гидравлический домкрат

Гидравлический домкрат — еще один пример применения закона Паскаля в современной технике. Гидравлические домкраты используются для подъема очень тяжелых грузов в различных машинах: бульдозерах, пожарных подъемниках и прочих устройствах для выполнения различных работ на высоте. Гидравлический домкрат тоже состоит из двух сообщающихся цилиндрических сосудов разного диаметра, двух клапанов и подъемной платформы. Сосуды снабжены поршнями и заполнены маслом. При действии силы в узком сосуде создается избыточное давление, которое передается во все точки без изменения. Именно поэтому в широком цилиндре также создается избыточное давление. Под действием силы платформа домкрата поднимается вместе с расположенным на ней грузом.

Системы торможения и открывания дверей

Системы торможения и открывания дверей в поездах также работают благодаря закону Паскаля.