Способы уменьшения и увеличения давления физика 7 класс краткое содержание
Обновлено: 05.07.2024
Разработка содержит конспект урока и презентацию по данной теме.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| otkrytyy_urok_sposoby_izmeneniya_davleniya.doc | 68.5 КБ |
| sposoby_izmeneniya_davleniya.pptx | 852.64 КБ |
Предварительный просмотр:
обучающая: добиться знания учащимися способов уменьшения и увеличения давления, применением этих способов в природе и технике;
опытным путём установить зависимость между давлением и площадью опоры;
развивающая: развивать способности систематизировать и обобщать знания при объяснении нового теоретического материала;
развитие логического мышления;
развитие устной речи учащихся.
воспитывающая: выработать устойчивое внимание при объяснении нового теоретического материала;
воспитание культуры общения друг с другом при работе в группах;
достичь высокой активности учащихся на уроке;
продолжить работу по привитию аккуратности, бережного отношения к оборудованию физического кабинета;
продолжить формирование познавательного интереса к физике;
Дидактический тип урока: изучения нового материала.
3.Проверка домашнего задания.
4.Изучение нового материала.
1.Организационный момент – 3 мин.
Обратимся к словам Р.Декарта:
2.Актуализация знаний – 1 мин.
Определим чемпионов? Любопытно, почему мальчик массой 45 кг производит давление всего в 5 раз большее, чем 3-х тонный гусеничный трактор? А почти невесомая оса оказалась рекордсменкой? Попробуйте отыскать здесь математическую закономерность. Увы вас, вероятнее всего, ждёт разочарование. Такой закономерности нет!
В этом и состоит наша задача на сегодняшнем уроке – выяснить способы уменьшения и увеличения давления. Запишите тему урока.
Постановка проблемного вопроса.
- Как можно изменить давление твёрдого тела?
- Примеры уменьшения и увеличения давления в жизни
3.Проверка домашнего задания -5мин.
- Что такое давление?
- Как определить давление? (Формула записывается на доске)
- В каких единицах измеряется давление?
- От чего зависит давление?
- Записать формулу для вычисления площади опоры. (Формула записывается на доске)
- Записать формулу для вычисления силы, действующей перпендикулярно поверхности. (Формула записывается на доске)
- Как вычислить давление, если известна площадь опоры и масса тела? (Формула записывается на доске)
4.Изучение нового теоретического материала- 15 мин.
Учитель. Запишем на доске формулу для определения давления.
Проанализируем формулу. Давление прямо пропорционально действующей силе, т.е. с увеличением силы давление увеличивается, а с уменьшением силы - уменьшается.
Давление обратно пропорционально площади опоры, т.е. с увеличением площади опоры, давление уменьшается, а с уменьшением площади опоры – увеличивается.
Вывод: давление можно изменять - уменьшать или увеличивать.
На основании анализа формулы укажите способы изменения давления.
Ученики. 1.Изменить силу
2.Изменить площадь опоры.
Учитель. Запишем в тетрадях 2 способа изменения давления:
2.Изменить площадь опоры.
Проверим наши гипотезы.
Вычислите давления бруска на опору. Все бруски приблизительно одинаковые. От вас требуется вычислить давление, производимое бруском в каждом из трёх положений, указанных в таблице. (На каждой парте лежит деревянный брусок, линейка и динамометр). Результаты записываются на доску, делается вывод о зависимости давления от площади опоры.
Одинаковые ли у вас значения площади, давления?( нет)
А почему получились такие результаты? ( разные грани брусков, значит, разная площадь опоры)
Почему брусок в этих опытах производит разное давление? (площадь опоры мнялась)
Затем предлагается вычислить давление 10-и одинаковых брусков, уложенных в стопку на грань с наибольшей площадью поверхности. Делается вывод о зависимости давления от силы давления.
Средняя грань, 10 брусков
- Зачем человеку нужно менять давление твёрдых тел? Привести примеры. ( В разных обстоятельствах необходимы разные давления)
- Итак. Как можно изменить давление твёрдого тела? (Изменить площадь опоры или силы давления) Ответ на первый вопрос у нас уже есть.
Где и как человек осознанно изменяет давление твёрдых тел? Физкультминутка
Встаньте прямо. Сделайте вдох, выдох. Поднимитесь на носочки, опуститесь. Ещё раз поднимитесь на носочки, опуститесь. Станьте на правую ногу, подняв левую. Опустите левую ногу. Станьте на левую ногу, подняв правую. Садимся на свои места.
Учитель. Как вы думаете, имеет ли отношение к нашей теме проведённая физкультминутка? Если да, то объясните.
Ученики объясняют, что когда становились на носочки и стояли на одной ноге, давление на опору увеличивалось.
Как ещё человек использует различные давления?
Учащимся предлагается подбор предметов из повседневной жизни: ножницы, иголки, кнопки, напёрстки, пассатижи, клещи, лопата, точилка, нож, сумки с разной шириной лямок. ( Каждый предмет комментируется и классифицируется)
Откройте учебники на странице 82, найдите упражнение 13. Прочитайте и ответьте на вопросы.
- Учащимся предлагается подбор слайдов с фотографиями животных и насекомых (Каждый снимок комментируется и классифицируется)
Итак. Какие примеры уменьшения и увеличения давления в жизни
мы сегодня нашли? (Учащиеся заполняют свои экземпляры таблицы, затем результаты обсуждаются).
Нетрудно убедится, что давление может быть как полезным, так и вредным. В связи с этим, встает вопрос о том, как уменьшить или увеличить давление. Об этом мы и поговорим на сегодняшнем уроке.
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, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Способы уменьшения и увеличения давления"
Способы уменьшения и увеличения давления
«Ох, нелегкая это работа –
Дмитрий Зыков
В данной теме речь пойдёт о практической пользе уменьшения или увеличения давления.
Давление – это отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление измеряется в Н/м 2 . Такая единица была названа Па (паскалем) в честь ученого Блеза Паскаля. Таким образом, давление в 1 Па – это давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 .
Возникает вопрос о том, как можно контролировать (то есть, увеличивать, или уменьшать) давление? На этот вопрос нетрудно ответить, если посмотреть на формулу, по которой вычисляется давление.
Для увеличения давления необходимо либо увеличить силу, либо уменьшить площадь. И, наоборот, для уменьшения давления нужно либо уменьшить силу, либо увеличить площадь.
В этом можно убедиться на ряде примеров. Если идти по снегу на лыжах, то человек не проваливается, хотя без лыж, его ноги будут утопать в снегу. В этом случае, сила, действующая на поверхность (то есть вес), остается неизменной. Но вот площадь лыж значительно больше ступни, поэтому в лыжах человек оказывает на снег меньшее давление, чем без лыж. Люди используют уменьшение или увеличение давления очень часто. Шины грузовых автомобилей значительно шире, чем шины легковых автомобилей. Это делается не только для большей устойчивости, но и для уменьшения давления. В особенности это важно для автомобилей, предназначенных для езды в пустыне или по бездорожью.
Даже такие тяжелые машины, как танк или трактор не оказывают на почву значительно большее давление, чем взрослый человек. Дело в том, что площадь гусеницы танка во много раз превышает площадь ступни человека. Таким образом, танк нередко может пройти по той болотистой местности, по которой не пройдет человек.
Передвигаясь в подобного рода местностях, люди нередко используют так называемые мокроступы.
Также нередко возникает необходимость в увеличении давления. Это, как правило, нужно для колющих и режущих инструментов, таких, как ножи, ножницы, бритвы и так далее. Острые лезвия имеют очень маленькую площадь поверхности, поэтому, даже небольшим усилием можно создать большое давление. Например, играя в дартс, игроки бросают дротики с небольшой силой, но при попадании в мишень они создают давление, которое может в несколько десятков раз превышать давление гусеничного трактора на почву.
Подобные примеры нередко встречаются и в природе – это зубы, когти или клювы животных.
За счет того, что они имеют малую площадь поверхности и способны развивать значительное усилие, создается огромное давление. Например, оса действует своим жалом на кожу человека с силой всего в 10 мкН. Однако площадь жала осы настолько мала, что и это усилие создает давление в миллиарды паскалей.
Давление также учитывается в строительстве. Например, при возведении зданий, увеличивают площадь нижней части фундамента, чтобы грунт мог выдержать давление, создаваемое зданием. При строительстве мостов, нагрузку также стараются распределить, делая больше опор.
Приведем еще пару интересных примеров. Известно, что давление под водой увеличивается по мере погружения на большую глубину. Это происходит из-за увеличения силы давления воды, поскольку чем глубже погружаться, тем большее количество воды давит на аквалангиста, то есть, увеличивается сила давления. Именно по этой причине, различные подводные обитатели не могут опускаться ниже определенных глубин (или, наоборот, подниматься выше определенных глубин).
Задача 1. Если человек и гусеничный трактор оказывают одинаковое давление на почву, то почему трактор, наехав на кирпич, сломает его, а человек, встав на кирпич, не повредит ему?
Человек и трактор давят на почву одинаково.
Это происходит, потому что отношение веса трактора к площади его гусениц равно отношению веса человека к площади его ступней.
Однако когда трактор наезжает на кирпич, следует брать в расчет не площадь гусениц трактора, а площадь кирпича, на которую трактор действует всем своим весом. Естественно, при этом развивается многократно большее давление, чем под действием веса человека. Если же выложить трактору полосу из кирпичей, то его вес распределится равномерно по нескольким кирпичам и давление уменьшится.
Задача 2. На обочине стоит припаркованный автомобиль. Площадь части шины, соприкасающейся с дорожным покрытием, равна 0,07 м 2 . Рядом стоит точно такой же автомобиль, с более широкими шинами, так что площадь части шины, соприкасающейся с дорожным покрытием, равна 0,077 м 2 . Во сколько раз давление, оказываемое первым автомобилем на почву, больше, чем давление, оказываемое вторым автомобилем?
Основные выводы:
– Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
– Для увеличения давления на опору, необходимо либо увеличить силу, либо уменьшить площадь опоры.
– Для уменьшения давления на опору, необходимо, либо уменьшить силу, либо увеличить площадь опоры.
– Уменьшение и увеличение давления часто используется людьми на практике.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ презентация.pptx
Описание презентации по отдельным слайдам:
Давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади опоры.
Для увеличения давления надо увеличить силу, либо уменьшить площадь, на которую производится давление, либо одновременно менять F и S.
Как увеличить давление?
Давление Увеличивается, если увеличить силу при постоянной площади опоры.
Давление увеличивается, если уменьшить площадь опоры при постоянной силе.
Режущие предметы коса плуг топор лопата нож ножницы зубило Ножницы по металлу
Колющие предметы гвозди шило иголка кнопка борона грабли лом
Способы увеличения давления в природе. Клыки Клювы Когти
Оса вонзает жало с силой F=0,00001Н. Площадь острия жала S= 0,0000000000000003 См2 Давление Р=33000000000Па, в 33 раза больше чем иголка.
Сила давления всегда перпендикулярна той поверхности, на которую действует.
Вывод: давление увеличивают за счёт уменьшения площади опоры или увеличения силы при постоянной площади.
Как уменьшить давление?
Давление уменьшается, если увеличить площадь опоры при постоянной силе.
Фундамент зданий, тяжёлых станков, железно-дорожное полотно, шайбы.
Способы уменьшения давления в природе
Создатели танка Т-34. . Михаил Ильич Кошкин Александр Александрович Морозов
Давление на полотно дороги-90кПа. Танк Т – 34. Масса танка-31400кг Длина гусениц -3,5м ширина гусениц -0,5м.
Вывод: Давление уменьшают за счёт увеличения площади опоры или уменьшения силы при постоянной площади.
Качественные задачи: № 1.Небольшие по весу ледоколы не могут сломать многометровый лёд. Почему же это удаётся сделать тяжёлым ледоколам?
Ответ: Чтобы расколоть лёд, надо в определённом месте произвести на него большое давление. Чем больше вес ледокола, тем большее давление он создаёт на лёд.
Задача № 2 .Объясните, почему таким способом можно спасти провалившегося в полынью
Творческое задание : Лопата имеет вид, показанный на рисунке. Как бы вы видоизменили её форму, чтобы копать стало легче?
Ответ: Заострить лопату. При этом давление на почву возрастёт.
Практическое задание: При помощи какого инструмента можно произвести большее давление на зажатое тело?
Задача№1. Какой из двух гвоздей на рисунке : а)оказывает большее давление на доску; б)глубже войдёт в доску? №№ №№№№
№2. Какой из двух гвоздей на рисунке: А)ОКАЗЫВАЕТ БОЛЬШЕЕ ДАВЛЕНИЕ НА ДОСКУ;Б)ГЛУБЖЕ ВОЙДЁТ В ДОСКУ?
№ 3. Какой из двух предметов-болт или гвоздь на рисунке: а)оказывает большее давление на доску; б)глубже войдёт в доску?
Домашнее задание: 1.§ 34 стр.80-82. 2.заполнить таблицу. Приведите примеры. 3. Дополнительное задание: Задача: Трактор производит гусеницами немного большее давление, чем человек подошвами обуви. Почему же трактор разрушает кирпич, попавший под гусеницу, а человек, вставший на кирпич, не в состоянии раздавить его ? Уменьшение давления Увеличение давления
Спасибо за урок, ребята!
Выбранный для просмотра документ урок.docx
Урок физики в 7 класс. УМК: А.В. Пёрышкин. Учебник физики 7 класс.
Китайская мудрость.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Цель урока : продолжить формирование понятия давления, ознакомить учащихся со способами изменения давления в быту, технике, природе, обеспечить усвоение и закрепление нового материала, практическая обработка полученных знаний.
Развивающие: выделить главное в большом объёме информации, делать выводы, развивать познавательный интерес, развитие памяти учащихся;
развитие умений сравнивать, обобщать, правильно формулировать задачи и излагать мысли; развитие логического мышления, внимания и умения работать в проблемной ситуации.
Воспитательные: продолжить формирование представлений о связи природы и духовного мира человека, учить находить и воспринимать прекрасное в природе, искусстве и трудовой деятельности, готовить к сознательному выбору профессии на основе политехнических знаний, воспитание умения работать в коллективе, воспитание таких качеств характера, как настойчивость в достижении цели;
Организационная часть урока.
Изучение нового материала.
На прошлом уроке мы узнали, что величина, характеризующая действие силы в зависимости от площади, на которую она действует перпендикулярно ей, называется давлением. Давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади опоры.
p ~ F и p ~ ( Слайд № 3 )
Из формулы видно, что для увеличения давления надо увеличить силу, либо уменьшить площадь, на которую производится давление, либо одновременно менять F и S . (слайд №4)
Для уменьшения давления надо уменьшать силу давления, увеличить площадь опоры, либо менять одновременно F и S (слайд № 4).
Выясним как увеличить давление. (слайд №5). Рассмотрим экспериментальные задачи. (слайд №6, №7). Давление увеличивается, если увеличить силу при постоянной площади опоры или уменьшить площадь опоры при постоянной силе. В повседневной работе мы пользуемся различными инструментами и замечаем, что их действие зависит часто не только от приложенной силы, но и от площади, на которую эта сила действует.
Рассмотрим, как увеличить p. Очень часто мы применяет колющие и режущие инструменты.
Колющие предметы – это шила, иголка, гвозди, кнопки, стержни от борон и т.д. Их остро оттачивают. Например, остриё иглы S= 0,0000001м 2 . (Слайд № 9)
Опыт : наковальня, молоток, игла в пробке. Молотком ударяем по пробке, игла пробивает медную пластину. (Отверстие продемонстрировать на графопроекторе).
Это можно наблюдать и в природе. Когти, клыки, клювы. ( Слайд № 10). Оса вонзает своё жало с силой 0, 00001Н.S= 0,000000000003см²= 3 ·10 -16 ; p=33· 10 9 Па, в 33 раза больше чем иголка. ( Слайд№11 ) Режущие инструменты – это ножи, топоры, косилки, косы, саломорезки, лопаты, зубило, плуги и т.д.( Слайд№8)
Режущие части остро оттачивают тем самым небольшой силой создают большое давление.
Опыт: проволока, зубило, молоток, наковальня.
Хочется обратить ваше внимание, сила давления всегда перпендикулярно той поверхности, на которую действует. (Слайд № 12). Каким же образом твёрдые тела передают силу давления, сохраняя ее направление. Благодаря этому мы можем воздействовать твёрдым инструментом на обрабатываемое тело в нужном направлении (копать землю лопатой, резать ножом и т. д.). Это свойство твёрдых тел передавать силу давления, сохраняя её направление, можно объяснить тем, что атомы и молекулы в твёрдом теле связаны упругими силами. При сжатии или растяжении тела между его частичками возникают упругие силы взаимодействия в направлении действия силы давления благодаря деформации сжатия или растяжения. По другим направлениям эти силы незначительны. В газах и жидкостях по -другому.
Вывод: давление увеличивают за счёт уменьшения площади опоры или увеличения силы. (Слайд № 13).
В других случаях следует уменьшить давление. (слайд № 14). Рассмотрим экспериментальную задачу. (Слайд № 15). Выясняем, что давление уменьшается, если увеличить площадь опоры . (Слайд № 17). При постройки здания закладывают фундамент, его делают более широким чем стены, увеличивают S, уменьшают p. При возведении здания стены выводятся одновременно до одинаковой примерно высоты, так как можно увеличить p в одном месте за счёт F тяжести стены и фундамент не выдержит. Принимается в железно - дорожном транспорте. Под рельсы на насыпь кладут шпалы, так как. S шпал > чем S рельсов. Принимается и в технике. Соединяя заготовки из мягкого материала (дерево) под болты кладут шайбы. Установка токарных и столярных станков на фундамент. Для больших грузных автомобилей изготавливают широкие шины, для самолётов шасси, для тракторов гусеницы. Увеличив S, уменьшают p . (слайд №16). Давление уменьшают при движении техники по пескам, заболоченным местам, по снегу. Техника – снего-болотоходы.
При создании военной техники также учитывают давление на грунт. Это всякого рода боевые машины, например, БТР и танки.
68 лет отделяет нас от того дня, когда началось страшная для нашей страны- тогда СССР- битва с фашизмам, война за выживание многомиллионной Страны Советов. 28 июня 1941 года Академия наук обратилась к учёным с призывом сплотить силы для защиты человеческой культуры от фашизма. Большой вклад достижении Победы внесли учёные.
Великие конструкторы Михаил Ильич Кошкин и Александр Александрович Морозов. ( Слайд №19)
Создали танк Т-34. Масса прославленного танка 31400км. Длина той части гусеницы, которая соприкасалась с полотном дороги 3,5м. её ширина 0,50 м. В осеннюю распутицу командующие фронтами, командармы, комдивы пересаживались на Т-34, которые часто оказывались единственным безотказно-действующим средством транспорта, в то время как немецкие танки вязли в грязи. Такого танка не было ни в одной армии союзников и Германии. Кроме проходимости, скорость, огневая мощь, броня – все качества, поразившие немцев. Этот танк непревзойдённый. Он прошёл войну от начало 1941 года до Рейхстага . (Слайд №20)
Решим задачу. Вычислим p танка на грунт.
Дано : m = 31400 кг Решение:
G = 10 Н / кг р = F/S=mg/2ab
а= 3,5м [ p] = (кгН/кг)/м 2 =H/м 2 =Πa
b= 50 см = 0,5м р= 31400·10/2·3,5·0,5=89714,285Πa=90ĸΠa
р=? Ответ : 90ĸΠa
Сравним: p (мальчика)= 15ĸΠa
P (танка) = 90 ĸΠa
Можем наблюдать уменьшение давление и в природе. Ноги верблюдов, глухарей. (Слайд № 18).
Вывод: Увеличивая S, уменьшают давление (Слайд № 21)
Закрепление изученного материала:
Класс работает группами. Экспериментальное задание.
Тема работы: Вычисление давления твёрдого тела на опору.
Приборы и материалы: динамометр, линейка, брусок деревянный.
Порядок выполнения работы.
Измерьте силу давление бруска на стол (вес бруска).
Измерьте длину, ширину и высоту бруска.
Используя полученные данные, вычислите площади наименьшей и наибольшей граней бруска.
Рассчитайте давление, которое производит брусок на стол наименьшей и наибольшей гранями.
Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
На основе полученных результатов сформулируйте вывод.
Заслушивание отчётов групп.
Давление, производимое бруском, лежащим на маленькой грани – 500-550Па, на большой грани- 150Па. Ученики сделали вывод: чем больше площадь, тем меньшее давление производит тело на опору.
Решение качественных задач.
Задача №1 . Небольшие по весу ледоколы не могут сломать многометровый лёд. Почему же это удаётся сделать тяжелым ледоколом? (Слайд № 22).
Ответ: Чтобы расколоть лёд, надо в определённом месте произвести на него большое давление. Чем больше вес ледокола, тем большее давление он создаёт на лёд. ( Слайд № 23 ).
Задача №2. К человеку, под которым провалился лёд, подходить нельзя для спасения ему бросают лестницу или длинную доску. Объясните, почему таким способом можно спасти провалившегося. ( Слай№ 24 )
Ответ: При опоре человека на доску или лестницу его тяжесть распределяется на большую площадь и давление на кромку льда уменьшается.
Задача №3. Зависит ли давление колёсного трактора на дорогу от того, как накачаны баллоны (сильно или слабо)?
Ответ: Зависит. При увеличении давления внутри баллона уменьшается площадь опоры колеса на дорогу, поэтому давление трактора на дорогу возрастает. (Демонстрация с камерами от легкового автомобиля)
Работает весь класс. Творческое задание
Задание: Лопата имеет вид, показанный на рисунке ( Слайд № 25). Как бы вы видоизменили её форму, чтобы копать стало легче? Обоснуйте своё предложение. Нарисовать на листочках.
Ответ: Заострить лопату. При этом давление на почву возрастает ( Слай№26 )
Работает класс. Практическое задание. Оборудование: плоскогубцы, ножницы, кусачки. Рассмотрите устройство инструментов. При помощи какого инструмента можно произвести большее давление на зажатое тело,
действуя одинаковой силой? ( Слай№27 )
Ответ: Кусачками или ножницами по металлу. Ответ даёт каждая группа.
Итоги урока : Решить задачу и сделать выводы. (Приложения №28,29,30).
По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.
Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.
Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).
Этот вывод подтверждают физические опыты.
Опыт.Результат действия данной силы зависит от того, какая сила действует на единицу площади поверхности.
По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.
От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.
В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.
Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.
Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:
давление = сила / площадь.
Обозначим величины, входящие в это выражение: давление - p, сила, действующая на поверхность, - F и площадь поверхности - S.
Тогда получим формулу:
p = F/S
Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.
За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 перпендикулярно этой поверхности.
Единица давления - ньютон на квадратный метр ( 1 Н / м 2 ). В честь французского ученого Блеза Паскаля она называется паскалем (Па). Таким образом,
1 Па = 1 Н / м 2 .
Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).
Пример. Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, масса которого 45 кг, а площадь подошв его ботинок, соприкасающихся с полом, равна 300 см 2 .
Запишем условие задачи и решим её.
Дано: m = 45 кг, S = 300 см 2 ; p = ?
В единицах СИ: S = 0,03 м 2
Решение:
p = F/S,
P = g·m,
P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,
p = 450/0,03 Н / м 2 = 15000 Па = 15 кПа
'Ответ': p = 15000 Па = 15 кПа
Способы уменьшения и увеличения давления.
Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 - 50 кПа, т. е. всего в 2 - 3 раза больше, чем давление мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь за счёт гусеничной передачи. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.
В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.
Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.
Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.
С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм 2 , то давление, производимое ею, равно:
p = 50 Н/ 0, 000 001 м 2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.
Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.
Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.
Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. - все они из твердого материала, гладкие и очень острые.
Давление
Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.
Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см 2 за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, — оно и создает давление газа.
Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.
Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.
Как объяснить этот опыт?
В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.
Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.
На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.
Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда - давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.
Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.
А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большее давление.
Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются.
Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.
Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газовые баллоны нельзя нагревать, тем более, когда они заполнены газом. Потому что, как мы уже понимаем, может произойти взрыв с очень неприятными последствиями.
Закон Паскаля.
В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.
Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку. Рассмотрим это явление подробнее.
На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.
Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.
Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях.
Это утверждение называется законом Паскаля.
На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.
На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.
Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.
Давление в жидкости и газе.
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. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.
Читайте также: