Фізика. 7 клас. Сиротюк

§ 31. Тиск твердих тіл на поверхню. Сила тиску

Ви вже знаєте, що дію одного тіла на інше характеризують прикладеною до нього силою. Від чого залежить результат дії цієї сили на тіло?

Спостереження 1. З власного досвіду ви знаєте, що дуже важко йти по глибокому пухкому снігу, оскільки ноги глибоко провалюються в нього, а на лижах пересуватися набагато легше, тому що просідання снігової поверхні в цьому разі значно менше. В обох випадках ви дієте на сніг з однаковою силою, але площа поверхні, на яку сила розподіляється, у лиж значно більша, ніж у взуття, тому й деформація снігу виявляється різною. Стоячи на лижах, ви тиснете на кожну одиницю площі поверхні снігу із силою, меншою у стільки разів, у скільки площа поверхні лиж більша за площу підошв взуття.

Спостереження 2. Легковий автомобіль, на відміну від гусеничного трактора або болотохода, не може проїхати по болотистій місцевості, хоча його вага набагато менша від ваги трактора. Розглянувши колеса легкового автомобіля і гусениці трактора, можна пересвідчитися в тому, що площа поверхні гусениць набагато більша, ніж коліс.

Результат дії сили на поверхню залежить не тільки від її значення, а й від площі тієї поверхні, перпендикулярно до якої вона діє.

Переконаємося в цьому за допомогою дослідів.

Дослід 1. Заповнимо скляну посудину піском. На пісок поставимо столик ніжками вгору і на нього — гирю масою 2 кг. Результат: столик майже не вгрузає в пісок (мал. 149, а).

Поставимо столик ніжками на пісок і на нього - знову гирю масою 2 кг. Результат: ніжки стола вгрузнуть у пісок (мал. 149, б).

Візьмемо столик із загостреними ніжками. Поставимо його ніжками на пісок, поклавши зверху ту саму гирю масою 2 кг. Результат: загострені ніжки повністю вгрузли в пісок (мал. 149, в).

Дослід свідчить, що менша площа опори столика, то глибше він вгрузає в пісок під дією тієї самої сили.

Дослід 2. Візьмемо два столики. Площа поверхні ніжок одного столика вдвічі більша, ніж другого. Покладемо на столики вантаж, причому на столик з більшою площею поверхні ніжок покладемо вдвічі більший вантаж. Результат дії сили буде однаковий.

Мал. 149

У розглянутих прикладах значення мала сила, що діє перпендикулярно до поверхні тіла. Таку силу називають силою тиску.

Величину, що визначають відношенням значення сили тиску до площі поверхні, на яку вона діє, називають тиском.

Тиск позначають малою латинською літерою р. Отже, щоб визначити тиск р, треба силу F, що діє перпендикулярно до поверхні, поділити на площу цієї поверхні S, тобто:

На практиці ще використовують кратні одиниці тиску: гектопаскаль (гПа), кілопаскаль (кПа):

1 гПа = 100 Па;

1 кПа = 1000 Па.

Знаючи тиск, можна визначити силу тиску, що діє на поверхню тіла. Тиск показує, яка сила тиску діє на одиницю площі, тому ця сила тиску дорівнює добутку тиску й площі поверхні:

F = pS.

Усім добре відомо, що під час шиття голкою швачки користуються наперстком. Голку роблять дуже гострою, щоб помірною силою пальців створювати великий тиск на тканину і проколювати її. Але під час натискання пальця на голку вона з такою самою силою тисне на палець. Кінець голки з боку вушка роблять притупленим, але під час роботи тиск на шкіру пальця може бути дуже великим, достатнім, щоб її поранити. Міцний металевий наперсток надійно захищає палець.

Чому подушка м’яка? Чому зручно лежати на перині або на надувному матраці, а лежати на дошках або твердій поверхні незручно? Виявляється, відчуття м’якості або твердості залежить не від властивості матеріалу, а від значення тиску на поверхню тіла. Зробимо невеликі розрахунки.

Будемо вважати, що маса дорослої людини дорівнює 60 кг, що відповідає вазі приблизно 600 Н, а поверхня тіла - приблизно 2 м2. Якщо людина лежить у ліжку на перині, яка прогинається і ніби охоплює тіло, з нею стикається приблизно чверть усієї поверхні її тіла, тобто 0,5 м2. За підрахунком такі дані відповідають тиску 1200 Па. А якщо людина ляже на тверду поверхню, то площа стикання становитиме близько 0,01 м2. Це відповідає тиску 60 000 Па, тобто тиск тіла на тверду поверхню більший у 50 разів, звідси й незручності.

У різноманітних галузях сучасної техніки доводиться розв’язувати завдання щодо одержання високих тисків, зниження тиску або збереження його в заданих умовах. Проблема тиску відіграє важливу роль на транспорті. Залізниці й дороги мають надійно витримувати тиск різних транспортних засобів. Цього досягають, зменшуючи вагу транспортних засобів і збільшуючи їх площу опори. Колеса легкового автомобіля чинять на дорогу тиск близько 300 кПа. Щоб зменшити тиск на дорогу вантажних автомобілів, їх роблять багатовісними, з колесами великого діаметра, використовують гусениці. Так, тиск, що створює сучасний трактор, вага якого сотні тисяч ньютонів, дорівнює 27 кПа. Це в 1,5 раза більше від тиску, який чинить на дорогу людина вагою 600 Н.

За допомогою надзвичайно тонкого інструмента - жала - оса створює тиск, сумірний з тиском під час вибуху (33 000 000 000 Па).

Це цікаво знати

В Арктиці й Антарктиці на наукових станціях користуються такими транспортними засобами, як снігоходи «Пінгвін» і «Харків'янка». Снігохід «Харків’янка» має дизельний двигун потужністю 736 кВт і запас пального на 1500 км. При масі 35 т він має гусениці завширшки 1 м, що дає йому змогу долати снігову цілину, льодові тороси, круті схили. Снігохід має утеплену кабіну площею 25 м2 з потужною опалювальною системою, спеціальною герметичною обшивкою, тому працювати в ньому можна навіть при морозах нижче від -70 °С. У кабіні є спальні місця, радіорубка, робоча кімната, кухня, сушарка, гардероб, санвузол. Розміри снігохода такі: довжина - 8,5 м, ширина - 3,5 м, висота - 4,2 м. Максимальна швидкість його руху дорівнює 30 км/год. У задній частині снігохода розміщено лебідку для самовитягування і трос завдовжки 100 м. Снігохід може тягнути за собою причіп масою 70 т. Провалюючись в ополонку, снігохід не тоне, він сам за допомогою гусениць може вийти на лід.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Чому по снігу легше рухатися на лижах, ніж без них?
  • 2. Чому гусеничний трактор не грузне у вогкому ґрунті, а легковий автомобіль грузне?
  • 3. Що називають тиском? Як визначають тиск?
  • 4. Як можна визначити силу тиску?
  • 5. Як можна збільшити тиск? Зменшити тиск?
ГДЗ до підручника можна знайти тут.