Как можно определить силу давления
Согласно определению: давление Р это сила F, рассчитанная на единицу площади S, на которую она действует.
Выразим из формулы силу давления F: F = Р *S.
Для того чтобы найти силу давления F, необходимо давление Р умножить на площадь S, на которую эта сила действует.
Нам необходимо ответить как можно определить силу давления.
Для начала разберемся с тем, что такое давление, а уже после разберемся каким образом мы сможем определить его силу.
Давление
Под понятием давление в физике понимается величина, которая численно равняется силе, которая воздействует на единицу площади данной поверхности. То есть отношению силы давления к площади воздействия.
Согласно международной системе измерений (СИ) давление имеет размерность паскаль:
То есть мы можем сказать, что один паскаль давления соответствует 1 ньютону силы действующей на 1 метр квадратный площади поверхности тела либо вещества.
На ряду с паскалями давление может измерятся и в других единицах измерений. Таких как:
- бар, что соответственно составляет 1 бар = 10 5 Па;
- атмосфера техническая 1 ат = 98066,5 Па;
- миллиметры ртутного столба 1 мм рт. ст. = 133,322 Па;
- метры водного столба 1 м в. ст. = 9806,65 Па.
Сила давления
Как следует из определения понятия давления мы можем сделать вывод, что давление вычисляется следующим образом:
- P — давление;
- F — сила давления;
- S — площадь соответствующей поверхности.
Исходя из данной формулы мы можем выразить силу давления. Следовательно мы получаем, что данная величина может быть определена следующим образом:
То есть сила давления определяется как произведение давления на площадь поверхности воздействия.
Согласно международной системе измерений (СИ) сила давления, как и любая другая сила, измеряется в ньютонах, то есть:
Давление
Все механические изменения с телами происходят в результате действия сил. При этом в большинстве случаев оказывается важным способ приложения силы. В частности важно распределение этой силы в пространстве, которое характеризуется такой физической величиной, как давление. Из курса физики 7 класса важно запомнить, что такое сила давления: эти знания пригождаются и на практике.
Давление как физическая величина
Если нажать рукой на деревянную поверхность стола, с поверхностью ничего не произойдет, как максимум появится небольшой, незаметный глазу изгиб, который исчезнет, как только мы снимем усилие. Если взять отвертку и нажать с той же силой, то на деревянной поверхности возникнет четкая вдавленная отметина. Если взять острое шило, то его можно вогнать в столешницу на несколько сантиметров и даже проколоть ее насквозь.
Почему одна и та же сила в этих примерах приводит к совершенно различным результатам?
Ответом на этот вопрос является различие в способе приложения силы, а точнее в ее сосредоточении.
В самом деле, если давить на стол рукой, то вся мускульная сила будет распределена по всей площади руки. Если взять отвертку, то та же сила будет приложена к небольшой площади жала. А в случае шила приложенная сила сосредоточится на очень малой площади острия. В результате действие силы во всех трех случаях будет заметно различаться.
Для определения этих различий необходимо использовать специальную величину, которая покажет распределение силы к приложенной поверхности. Такая величина называется давлением (для обозначения используется латинская буква «p», лат. pressūra — давление) Она равна отношению силы к площади поверхности, на которую эта сила действует:
Рис. 1. Давление в физике
Из приведенной формулы давления можно видеть, что даже если сила $F$ будет одинаковой, давление $p$ возрастет, если уменьшить площадь $S$. Это мы и наблюдаем, когда заменяем руку отверткой или шилом в вышеприведенном опыте. Знак давления будет всегда положительным.
Единица давления
Из формулы давления можно получить единицу измерения. Поскольку сила измеряется в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах, то единицей давления будет ньютон на квадратный метр. В честь французского ученного Б. Паскаля эта величина названа паскалем (обозначается «Па»):
Рис. 2. Б. Паскаль.
Паскаль — относительно небольшая величина. Такое давление создаст на поверхность своей тяжестью алюминиевая фольга толщиной всего лишь 0,04 мм. Действительно, квадрат такой фольги площадью 1 кв. м. будет весить около 108 г, то есть сила тяжести, которую создает фольга, будет равна примерно 1 ньютону, а значит, давление будет равно 1 паскалю.
Особенности использования разных давлений
Различие в давлениях используется во многих сферах народного хозяйства. Увеличение площади опоры позволяет значительно уменьшать действие значительных масс на грунт. Именно поэтому более проходимыми являются машины на гусеничном ходу.
И наоборот, для того чтобы режущие и колющие предметы хорошо выполняли свою задачу, их рабочие поверхности затачивают — то есть делают площадь приложения силы как можно меньше.
Человек массой 60 кг в обычной обуви оказывает на грунт давление 50–60 кПа. Если же он станет на лыжи, давление на грунт может уменьшиться до 2–3 кПа, то есть в двадцать раз меньше! Именно поэтому человек на лыжах почти не увязает в снегу, хотя без лыж увязание может быть очень глубоким.
По той же причине при спасении человека, провалившегося сквозь лед, необходимо приближаться к нему лёжа, чтобы площадь, на которую распределяется масса тела, была как можно больше, и давление на лед было как можно меньше.
Рис. 3. Спасение человека из проруби.
Что мы узнали?
Давление — это физическая величина, характеризующая распределение силы на поверхность, к которой эта сила приложена. Давление равно отношению силы к площади ее приложения и измеряется в паскалях.
Основные понятия и определения давления
Давление — это физическая величина, характеризующая интенсивность механического воздействия среды на поверхность тела в направлении, перпендикулярном к этой поверхности. Давление численно равно отношению усредненной перпендикулярной составляющей силы к величине поверхности:
где P — давление;
Fn — усредненная перпендикулярная составляющая силы;
S — площадь поверхности, где эта сила действует.
Физический смысл давления не сводится только к механической нагрузке, которую оказывает жидкость или газ на стенки трубопровода или резервуара. Давление является одной из ключевых теплотехнических величин и определяет:
• скорость и направление движения жидких и газообразных сред,
• плотность газов,
• агрегатное состояние вещества при заданной температуре,
• скорость и направление протекания многих химических реакций.
От той роли, которую играет давление в конкретном технологическом процессе, зависят требования к средствам измерения давления.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ:
Единицей давления в системе СИ является 1 Н/м² = 1 кг/(м·с²) . Данная единица имеет специальное наименование «паскаль» и обозначение «Па» (международное обозначение — «Pa»). Согласно паскаль вместе со своими десятичными кратными и дольными единицами (кПа, МПа ) является единственной допущенной к применению в технике единицей давления.
Однако в силу традиций, а также соображений удобства (1 Па — слишком маленькая единица для большинства практических целей) на производстве до сих пор применяется ряд внесистемных единиц давления:
• « на квадратный сантиметр», называемая также «технической атмосферой» (1 ат = 1 кгс/см² = 98,0665 кПа);
• « на квадратный метр», численно равная «миллиметру водяного столба» (1 мм вод.ст. = 1 кгс/м² = 9,80665 Па);
• «миллиметр ртутного столба» или «торр» (1 мм рт. ст. = 1 торр = 133,322 Па);
• «бар» (1 бар = 100 кПа = 0,1 МПа);
• «физическая атмосфера» (1 атм = 760 мм рт. ст. = 101,325 кПа).
У приборов производства США, Великобритании и других стран давление указывается в единицах системы мер, принятых в этих странах:
• «psi» — «фунт силы на квадратный дюйм» (1 psi = 6,894757 кПа),
• «inH2O» — «дюйм водяного столба» (1 inH2O = 249,089 Па)
ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:
В зависимости от начала и направления отсчета различают следующие виды давления:
• абсолютное давление (Р абс .) соответствует определению давления, данному выше. Нулевое абсолютное давление имеет полный вакуум, который на практике недостижим. Отрицательных значений абсолютное давление принимать не может. Именно абсолютное давление используется во всех формулах молекулярной физики и термодинамики, в частности, при расчете плотности газов, при определении агрегатного состояния вещества
• атмосферное давление (Р атм .) — это абсолютное давление атмосферного воздуха у поверхности Земли. Атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря, ускорения свободного падения и метеоусловий и находится обычно в пределах 93…104 кПа (700…780 мм рт. ст.). Нормальное атмосферное давление принято равным 101,325 кПа (760 мм рт. ст., 1 атм).
• избыточное давление (Р изб . = Р абс . — Р атм .) — измеряется относительно атмосферного. Нулевое избыточное давление означает равенство абсолютного давления среды и атмосферного давления. Положительное избыточное давление имеют среды с абсолютным давлением, большим, чем атмосферное. Отрицательное избыточное давление соответствует разреженным средам и вакууму и часто обозначается термином «вакууметрическое давление» (Р в = Р атм . — Р абс. = — Р изб .) или «разрежение». При этом под «избыточным давлением» понимается только давление, большее атмосферного.
Необходимо отметить, что никаких принципиальных отличий между давлениями, большими атмосферного и меньшими атмосферного, не существует. Поэтому в дальнейшем под избыточным давлением будет пониматься также и разрежение, кроме случаев, когда необходимо учитывать знак давления (пределы измерений датчиков ).
• дифференциальное давление (∆Р = Р 2 — Р 1 ) — это разность давлений двух различных сред или одной среды в различных точках. В частности, избыточное давление (и разрежение) является дифференциальным давлением среды, измеренным относительно атмосферы. Поэтому любое средство измерения разности давлений может быть использовано для измерения избыточного давления и разрежения.
Давление в физике: единица измерения, формула
Подготовили для вас краткую статью о том, что такое давление, чтобы помочь разобраться и структурировать свои знания по этой теме.
Что такое давление в физике
Давление — скалярная физическая величина, которая характеризует состояние сплошной среды. Равняется пределу соотношения нормальной составляющей силы, действующей на участок поверхности тела площади \(S\) , к размеру данной площади.
Проще говоря, эта мера численно равна силе, оказывающей воздействие на единицу площади поверхности, перпендикулярно к этой поверхности.
Обозначение данной величины на письме — буква \(p\) .
В чем измеряется
В международной системе единиц единицей измерения давления является паскаль ( \(Па\) ). Паскаль — это ньютон на квадратный метр \(( \frac<Н> <м^2>).\)
Внесистемными единицами измерения данной величины являются мм рт.ст. (миллиметр ртутного столба), мм.в.ст. (миллиметр водяного столба), атмосфера, бар.
Общая формула
Значение давления находится по формуле:
где \(F\) — сила, которая действует на поверхность, \(S\) — площадь этой поверхности.
Основываясь на формуле, можно сделать вывод о том, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, которое воздействует одной и той же силой на эту опору. Это отлично демонстрируется, когда человек на лыжах меньше проваливается в снег, чем тот, который передвигается без них.
Давление, которое производится на жидкость или газ, передается на любую точку равнонаправленно, то есть одинаково в каждом из направлений. Данное утверждение получило название закона Паскаля.
Формула гидростатического давления
Гидростатическое давление — это воздействие столба жидкости в состоянии равновесия на дно, а также стенки сосуда.
- давление внутри жидкости на определенном уровне одинаково во всех направлениях. При увеличении глубины давление увеличивается;
- давление столба жидкости не зависит от формы сосуда.
Давление жидкости на дно сосуда обуславливается плотностью жидкости, а также ее высотой столба. Измерить можно по формуле:
При данном расчете плотность \(ρ\) следует считать в килограммах на кубический метр, а высоту столба жидкости \(h\) — в метрах, \(g = 9,8 \frac<Н><кг>\) , тогда итог будет выражен в паскалях.
Парциальное давление и его формула
Парциальное давление — то, которое имел бы газ, который входит в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объем, который занимает объем смеси при той же температуре.
Давление отдельного газа из смеси находится по формуле:
где \(p1\) — парциональное давление конкретного газа в газовой смеси, \(x1\) — мольная доля этого газа, а \(p\) — общее давление газовой смеси.
Также его можно найти следующим образом:
\(p1=\frac
Здесь \(V\) — объем смеси, \(T\) — температура смеси.
Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений каждого газа в смеси.
\(p = p1 + p2 + p3 … + p4\)
Формула давления идеального газа
Давление газа на стенки сосуда, а также на помещенное в него тело, возникает благодаря ударам молекул.
Для установления связи между объемом, давлением и температурой существует уравнение Клапейрона-Менделеева. Оно имеет вид:
Здесь \(V\) — объем, \(R\) — газовая постоянная, равная \(8,31431 \frac<Дж><моль\cdotК>\) , \(T\) — температура, \(n\) — количество молей газа.
Выводы на основе данного уравнения:
- при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема — уменьшается при условии того, что масса и температура газа остаются неизменными;
- давление газа в закрытом сосуде увеличивается при увеличении температуры газа.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории имеет вид:
Сложно? Обращайтесь за помощью к нашим авторам. Для ФениксХелп нет ничего невозможного.