|
|
|
Давление твердых тел, жидкостей и газов
|
|
Давление твердых тел
|
Результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения,
но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует.
Подтверждается это утверждение с помощью различных опытов и явлений,
которые человек достаточно часто наблюдает в своей собственной жизни.
Например, человек, надев лыжи, может идти почти не проваливаясь в снег. Острые
концы у кнопок, гвоздей, иголок и др. позволяет легче их использовать (приколоть
кнопкой газету, вбить гвоздь...).
Из приведенных примеров несложно
сделать вывод: чем больше площадь поверхности, на которую действует сила, тем
меньшее будет результат действующей силы. Причем во всех рассмотренных случаях
сила действовала перпендикулярно поверхности.
Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к
площади этой поверхности, называется давлением.
Большая по значению сила, действующая на ту же
площадь будет оказывать большее давлениею
Давление обозначается буквой р.
Измеряется в паскалях.
За один паскаль принимается такое давление,
которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м2 .
|
|
Давление жидкостей и газов
Молекулы газов беспорядочно, хаотически двигаются. Они сталкиваются друг с
другом, со стенками сосуда, в котором находятся. Удары молекул газа
испытывают и тела, находящиеся в нем.
Давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается
ударами молекул газа.
Если попытаться уменьшить
объем газа, оставив массу неизменной, то давление газа увеличивается
(см.рис.). К примеру, если цилиндр с поршнем закрыть гибкой непроницаемой
мембраной, то при вдвигании поршня мембрана начнет выгибаться. Газ будет
стараться сохранить объем. Если же поршень выдвигать, то мембрана так же
будет выгибаться, но в противоположном направлении.
При увеличении температуры скорость молекул
газа увеличивается. Значит удары о стенку становятся все чаще. Логично
предположить, что давление тоже увеличивается.
Молекулы и газов и жидкостей достаточно
легко меняют свое положение относительно друг друга. Это говорит о том, что
давление, испытываемое частицами газа или жидкости будет передаваться в
каждую точку жидкости или газа.
Закон Паскаля:
Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку
одинаково во всех направлениях.
Законом Паскаля объясняются
многие явления.
Внутри жидкости существует давление и на
одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной
давление увеличивается.
Увеличение давление с глубиной объясняется
тем, что молекулы верхних слоев жидкости давят на молекулы нижних слоев. Те,
в свою очередь, давят на еще более низкие слои. Т.о. давление в нижних слоях
самое большое, в верхних же самое маленькое.
Газы ведут себя точно так же.
Давление жидкости на любой глубине можно
определить по формуле (см. рис.). Давление жидкости на дно и стенки сосуда
зависит только от плотности и высоты столба жидкости. |
|
Сообщающиеся сосуды
Сосуды, соединенные между собой называются сообщающимися сосудами.
Сообщающиеся сосуды открыты сверху. В них можно налить жидкость.
В расположении уровней
жидкости в сообщающихся сосудах наблюдается интересная закономерность:
-
если жидкость однородна, то она устанавливается в сообщающихся сосудах на
одинаковом уровне (даже если форма сообщающихся сосудов разная);
|
|
Сила
Вы уже знаете, что скорость тела меняется, если на него действует другое тело. Причем, чем меньше масса тела, тем больше меняется его скорость.
Если на тело действует другое тело, то говорят что на него подействовали силой, часто не указывая даже какое тело действовало этой самой силой.
Сила – физическая величина, количественно характеризующая действие одного тела на другое.
Попробуйте сжать шарик. Сам шарик не придет в движение. Начнут двигаться только его части. Значит сила, действующая на тело может изменить не только скорость тела, но и отдельных его частей. В этом случае говорят о деформации тела.
Сила - физическая величина, значит ее можно измерить.
Для измерения силы обычно используют специальное устройство называемое динамометром. Простейший динамометр состоит из пружины с двумя крючками, закрепленной на дощечке. На дощечку нанесена шкала.
Сила, как и скорость векторная величина. Она имеет направление.
От того как направлена сила зависит то куда будет двигаться тело.
От того куда приложена сила так же зависит движение тела.
Модуль силы тоже имеет значение.
Сила обозначается буквой F со стрелочкой сверху.
В окружающем нас мире бесчисленное количество тел, которые взаимодействуют друг с другом. Но, несмотря на многообразие сил, принято выделять несколько их видов:
- сила тяжести;
- сила упругости;
- вес;
- сила трения.
И некоторые другие. Но мы остановимся сейчас именно на этих силах.
Все тела притягиваются друг к другу. Сил притяжения между телами тем больше, чем больше массы тел, и тем больше, чем меньше расстояние между ними.
Одним из самых важных для человека проявлений всемирного тяготения является притяжение тел к Земле.
Сила, с которой Земля притягивает к себе тела, называется силой тяжести (Fтяж). Она всегда направлена к центру Земли. Чем больше масса тела, тем сильнее оно притягивается к Земле.
Сила тяжести определяется по формуле: Fтяж = mg
g = 9,8 Н/кг - ускорение свободного падения
|
|
Сила упругости (Fупр) возникает в теле как результат деформации этого тела. Она всегда стремится вернуть тело в исходное состояние.
Чем сильнее деформировано тело, тем больше сила упругости, возникающая в нем.
Причиной появления силы упругости является взаимодействие между молекулами тела. Если сжимать тело, то расстояние между молекулами уменьшается и они начинают отталкиваться сильнее. Если же тело растягивать, то расстояние между молекулами увеличивается и они начинают сильнее притягиваться, стараясь приблизиться на исходное расстояние.
Слово вес для вас знакомо. Но в повседневной жизни оно используется не совсем в том смысле, в котором оно используется в физике.
Если тело находится на опоре (поверхности), то под действием силы тяжести оно деформируется и давит на опору. Вот эта сила, с которой тело под действием силы тяжести действует на опору или подвес и называется весом тела.
Т.е. вес - это сила.
Если тело непождвижно или двигается равномерно и прямолинейно, то вес по величине равен силе тяжести действующей на тело (Р=Fтяж)
Одна важная особенность: сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу. Об этом нельзя забывать. Сравните рисунки.
Чаще всего бывает так, что к телу прикладывается не одна, а несколько сил сразу. Посмотрите на рисунок ко всем известной басне. Лебедь рак и щука действуют силами на воз в совершенно раличных направлениях. При этом, по басне, воз не двигается.
Прочитав про сложение сил до конца, скажите правда ли воз не должен двигаться.
Если тело подвесить на нити, то на это тело будет действовать сила тяжести. Оно будет растягивать нить. Значит со стороны нити на тело будет действовать сила упругости.
Примеров можно привести бесчисленное количество.
В таких случаях эти несколько сил заменяют одной, которая оказала бы на тело такое же действие. Такую силу называют равнодействующей сил.
Равнодействующая сил, направленных вдоль одной прямой в одну сторону, направлена в ту же сторону, а ее модуль равен сумме модулей составляющих сил.
Равнодействующая двух сил, направленных вдоль одной прямой в противоположные стороны, направлена в сторону большей по модулю силы, а ее модуль равен разности модулей составляющих сил.
Если же обе силы, действующие на тело вдоль одной прямой в противоположные стороны, одинаковы, то равнодействующая этих сил будет равна нулю.
Скорость такого тела меняться не будет.
Про сложение сил, направленных под углом друг к другу мы пока говорить не будем, но даже из всего вышесказанного можно сделать вывод о пресловутом возе, который все пытаются сдвинуть лебедь, рак и щука.
Как вы ответили?
|
|
Трение поругивают, когда оно препятствует движению ("опять безобразное скольжение", "никаких сил не хватает вытащить этот гвоздь"), похваливают, когда трение помогает ( "сменил покрышки - теперь благодать!", "очень удачно подобрал смазку"), а в общем к трению привыкли, увеличивают уменьшают его, когда это необходимо, и не удивляются самому факту существования везде и всюду, во всех явлениях природы. А трение и по сей день остается одним из самых крепких орешков. Многочисленные механизмы трения описаны лишь в самых общих чертах, не говоря уже о том, что количественное описание мрения настолько приблизительно, что, не доверяя ему, инженеры прибегают к прямому опыту, ипытанию и не слишком вдаются в теорию при этом.
Трение встречается буквально на каждом шагу, без него и шага не сделаешь: держу ручку в руке - трение; пишу ею - трение; стоят на столе предметы - трение; Гвозди держутся в стене и не вываливаются - трение; нити ткани из которой сшита одежда - и там трение и т.д. и т.п.
Попробуем навести некоторый порядок во всевозможных проявлениях трения.
Для начала разберемся в причинах возникновения трения. Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей тел. Значит существует какой-то механизм взаимодействия поверхностей.
Выделяют две причины возникновения трения:
- шероховатость поверхностей;
- взаимодействие молекул соприкасающихся поверхностей (если поверхности очень гладкие).
Силу трения можно очень сильно уменьшить, если между трущимися поверхностями ввести смазку.
Различают несколько видов трения:
- трение скольжения (при скольжении одного тела по поверхности другого);
- трение качения(при качении одного тела по поверхности другого);
- трение покоя (когда тело находится в покое).
|
|
|
|
|
|
|
|
