Фізика. Повторне видання. 7 клас. Бар’яхтар

Тема «Тиск твердих тіл, рідин і газів»

• Ви знаєте, що всюдиходи мають великі колеса і що в досвідченого кухаря завжди гострі ножі, а дізнаєтеся, як фізика пов'язує одне з іншим
• Ви чули прогноз синоптиків «атмосферний тиск збільшується, буде сонячно» або невтішний висновок слюсаря «на верхніх поверхах немає води, бо тиск слабкий», а з'ясуєте, як і якими приладами вимірюють тиск
• Ви знаєте, що треба об'єднати зусилля кількох дорослих, щоб відірвати легковий автомобіль від землі, а дізнаєтеся, як це зробити самотужки

§ 28. Тиск твердих тіл на поверхню. Сила тиску

Чому мешканці Півночі для пересування по снігу використовують лижі? Чому влітку жінка, взута в туфлі на тонких підборах, залишає на м’якому асфальті помітні глибокі сліди? Навіщо леза ножів час від часу нагострюють? Для чого цвях має вістря? Спробуємо одержати відповіді на ці запитання.

1. Якими є наслідки дії сили?

Одним із наслідків дії сили є деформація тіла: чим більша сила діє на тіло, тим більшою буде деформація.

Деформація залежить і від інших чинників, зокрема від площі поверхні, по якій розподіляється сила. У більшості випадків діє правило: чим більшою є площа поверхні, на яку діє певна сила, тим меншою буде деформація (рис. 28.1, 28.2).

Рис. 28.1. Дерев'яний брусок глибше провалюється в сніг, якщо стоїть на меншій грані

Рис. 28.2. За однакової сили тиску глибина сліду на піску залежатиме від того, як саме було натиснуто — долонею чи пальцем

ДОСЛІДЖЕННЯ

Що знадобиться: невелика миска з борошном, кілька предметів із різною площею поверхні, на яку вони можуть спиратися (туба з-під ліків, брусок, ключ, цвях тощо).

Продемонструйте, що результат дії сили на поверхню залежить від площі, на яку діє ця сила. Які чинники впливали на коректність результату експерименту?

2. Що таке тиск?

Для характеристики залежності результату дії сили від площі поверхні, на яку діє ця сила, використовують поняття тиск.

Тиск — це фізична величина, яка характеризує результат дії сили й дорівнює відношенню сили, яка діє перпендикулярно до поверхні, до площі цієї поверхні:

де p — тиск; F — сила тиску — сила, що діє на поверхню перпендикулярно до неї; S — площа цієї поверхні.

Одиниця тиску в СІ — паскаль (Па) названа на честь французького вченого (рис. 28.3):

[р] = Па.

1 Па — це тиск, який створює сила 1 Н, що діє перпендикулярно до поверхні площею 1 м²:

1 Па — невеликий тиск (приблизно такий тиск чинить на стіл аркуш альбому для малювання), тому частіше використовують кратні одиниці тиску: гектопаскаль (1 гПа = 100 Па), кілопаскаль (1 кПа = 1000 Па), мегапаскаль (1 МПа = 1 000 000 Па).

Рис. 28.3. Блез Паскаль (1623-1662) — видатний французький математик, фізик, філософ, класик французької літератури

Розгляньте таблицю та поміркуйте, чому, наприклад, гусениці трактора створюють на ґрунт набагато менший тиск, ніж колеса легкового автомобіля.

Тиск, який створюють деякі тіла

Тіло, що створює тиск	Тиск р, кПа	Тіло, що створює тиск	Тиск р, кПа
Людина, що стоїть, на підлогу	20-30	Швацька голка на тканину	До 100 000
Гусениці трактора на ґрунт	40-50	Колеса залізничного вагона на рейки	300 000
Колеса легкового автомобіля на ґрунт	200-300	Зуби собаки на кістку	До 150 000
Лезо лопати на ґрунт	1000-2000	Жало оси на шкіру	33 000 000

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

На заставці до параграфа зображено всюдихід, який створили українські інженери. Ця машина є справжнім технічним дивом. Величезні шини допомагають долати будь-яке бездоріжжя. Тиск у шинах наднизький, щоб захистити екіпаж від струсів та поштовхів. Шини всюдихода підкачуються за допомогою вихлопних газів. До того ж, у диски коліс вмонтовані паливні баки — це дало можливість збільшити простір у кабіні.

3. Як можна збільшити або зменшити тиск?

Перший спосіб: змінити силу, яка діє на поверхню. Зі збільшенням сили тиск збільшиться, а зі зменшенням — зменшиться.

Другий спосіб: змінити площу поверхні, на яку діє сила тиску. Для збільшення тиску площу слід зменшити — саме тому нагострюють інструменти: ножиці, ножі, шила тощо (рис. 28.4). І навпаки, для зменшення тиску площу поверхні збільшують.

Рис. 28.4. Щоб прикладати менше зусиль під час роботи з деякими інструментами, їх нагострюють

Розгляньте рис. 28.5 і поясніть, чому тиск, який створюють ноги людини, є більшим за тиск, що створює важкий всюдихід.

Рис. 28.5. Людина провалилася в сніг, а всюдихід залишився на його поверхні

А ЯК НАСПРАВДІ?

Мабуть, ви чули про явище, що має назву «сипучі піски». Вони здатні цілком поглинати автівки, наче болото. Режисер одного з бойовиків під час пресконференції повідомив журналістам, що для того щоб витягти ногу з такого піску, потрібен кран для підйому автомобілів. Але сипучі піски не можуть поглинути людину повністю, тому їх можна вважати частково безпечними. Як ви думаєте, чи можна довіряти словам режисера?

4. Учимося розв’язувати задачі

Задача 1. Порівняйте тиски, які чинять на сніг юні турист і лижник. Маса кожного хлопця — 63 кг. Площа підошви черевика туриста приблизно 210 см², а площа лижі — приблизно 1800 см².

Аналіз фізичної проблеми. Тиск, який створює кожен юнак, визначається силою тиску та площею, на яку він спирається. Сила тиску в обох випадках — це вага юнака, вона розподіляється на дві підошви або дві лижі. Задачу розв’язуватимемо в одиницях СІ.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Від чого залежить результат дії сили? 2. Дайте означення тиску. 3. Назвіть одиницю тиску в СІ. 4. Дайте означення одиниці тиску. 5. Як можна збільшити тиск? Як можна зменшити тиск? Наведіть приклади.

ВПРАВА № 28

1. Людина сидить на дивані. Як зміниться тиск, що створює людина на диван, якщо вона ляже?

2. Чому оса своїм жалом може створити тиск, набагато більший за тиск, що створює на підлогу людина, коли стоїть?

3. Площа різального краю лопати 70 мм². Який тиск створює лопата на ґрунт, якщо людина діє на лопату із силою 210 Н?

4. Тиск гусеничного трактора на ґрунт становить 27 кПа. Що це означає? З якою силою трактор тисне на ґрунт, якщо площа, на яку спираються його гусениці, становить 2,9 м²?

5. Подайте зазначений тиск у паскалях: 0,35 кН/м²; 1,5 Н/см²; 36 мН/см².

6. Хлопчик виїхав на лижах на снігову галявину. Сніговий наст галявини витримує тиск 2 кПа. Ширина кожної лижі — 10 см, а довжина — 1,5 м. Якою може бути максимальна маса хлопчика, щоб він не провалювався в сніг?

7. Не можна бути повністю застрахованим від нещасного випадку на водоймі, вкритій льодом. Як повинні поводитися рятувальник і сам постраждалий, якщо сталася біда? Обґрунтуйте їхні дії.

8. Скориставшись додатковими джерелами інформації, обчисліть тиск, який створюють тварини на поверхню. Як цей тиск залежить від умов їхнього життя? (Порівняйте, наприклад, тиск, що створюють копита гірського козла та копита північного оленя.) Як тварини збільшують і зменшують створюваний ними тиск?

Ключові терміни

Тиск • Сила тиску • Паскаль • Кілопаскаль • Мегапаскаль