{p = dfrac{F}{S}}
Давление – физическая величина, равная отношении силы, приложенной перпендикулярно поверхности на площадь этой поверхности. Единица измерения давления – Паскаль (обозначается Па).
На странице приведены два варианта нахождения давления:
- если известно давление и площадь опоры
- если известна масса тела и площадь опоры
Содержание:
- калькулятор давления твердых тел
- формула давления твердых тел через силу и площадь опоры
- формула давления твердых тел через массу и площадь опоры
- примеры задач
Очевидно, что давление будет тем больше, чем больше сила и чем меньше площадь, на которую эта сила действует. Другими словами, человек, стоящий на одной ноге будет оказывать на землю бОльшее давление, чем когда он стоит на двух ногах (так как сила одна и та же, а площадь в первом случае меньше). Человек на лыжах будет оказывать на землю меньшее давление, чем человек без лыж.
Формула давления твердых тел через силу и площадь опоры
{p = dfrac{F}{S}}
p – давление
F – сила
S – площадь опоры
Если учесть, что на тело действует только сила тяжести, то формулу {p=dfrac{F}{S}} можно преобразовать, заменив силу на вес тела ({F=mcdot g}. Тогда мы получим зависимость давления от массы: {p=dfrac{m cdot g}{S}}.
Формула давления твердых тел через массу и площадь опоры
{p = dfrac{m cdot g}{S}}
p – давление
m – масса тела
g – ускорение свободного падения (9,80665 м/с²)
S – площадь опоры
Примеры задач на нахождение давления твердых тел
Задача 1
Гусеничный трактор ДТ-75М массой 6610 кг имеет опорную площадь обеих гусениц 1,4 м². Определите давление этого трактора на почву.
Решение
Так как в условии указана масса трактора, воспользуемся формулой давления через массу и площадь опоры. Подставим в нее значения массы и площади и произведем вычисления. Значение ускорения свободного падения примем равным 9.8 м/с².
p = dfrac{m cdot g}{S} = dfrac{6610 cdot 9.8}{1.4} = dfrac{6610 cdot 9.8}{1.4} = dfrac{64778}{1.4} = dfrac{64778}{1.4} = 46270 Па = 46.27 кПа
Ответ: 46.27 кПа
Получившийся результат просто проверить с помощью калькулятора .
Задача 2
Найдите давление которое оказывает тело массой 20 кг на пол, если площадь опоры 200 см².
Решение
Задача похожа на ту, которую мы решили выше. И процесс ее решения будет аналогичный. Значение g также будем считать равным 9.8 м/с². Площадь опоры дана в квадратных сантиметрах, ее необходимо преобразовать в квадратные метры: 200 см² = 0.02 м².
p = dfrac{m cdot g}{S} = dfrac{20 cdot 9.8}{0.02} = 1000 cdot 9.8 = 9800 Па = 9.8 кПа
Ответ: 9.8 кПа
Проверим ответ на калькуляторе .
Задача 3
Найдите давление которое оказывает тело массой 350 кг, если его длина 15 см а ширина 25 см.
Решение
Еще одна похожая задача, для решения которой мы будем использовать вторую формулу. Как видим, нам прямо не указана площадь опоры, но даны ее размеры. Из них понятно, что точка опоры имеет прямоугольную форму, а найти площадь прямоугольника не составит труда – достаточно умножить длину на ширину:
S = a cdot b = 15 cdot 25 = 375 см^2
Теперь необходимо перевести квадратные сантиметры в квадратные метры, разделив 375 см² на 10000:
375 см^2 = dfrac{375 см^2}{10000} = 0.0375 м^2
Осталось произвести расчет по формуле:
p = dfrac{m cdot g}{S} = dfrac{350 cdot 9.8}{0.0375} = 91 560 Па = 91.56 кПа
Ответ: 91.56 кПа
Проверка .
Краткое описание документа:
7. Задача на расчет давления твердых тел
Задача: Станок весом 12000 Н имеет площаль опоры 2,5 м2. Определите давление станка на фундамент.
Дано:
P=12000 Н
S=2,5 м2
p – ?
Решение:
p=P/S
F=P
=> p=P/S
p=12000 Н/2,5 м2=4,8 кПа
Ответ. p=4,8 кПа
Задача: Ящик весом 960 Н оказывает на опору давление 5 кПа. Какую площадь опоры имеет ящик?
Дано:
P=960 Н
p=5 кПа
S – ?
СИ
=5*103 Па
Решение:
p=F/S
P=F
=> p=P/S
=> S=P/p
S=960 Н/5*103 Па=0,192 м2
Ответ. S=0,192 м2
Задача: Двухосный прицеп с грузом имеет массу 2,5 т. рассчитайте давление, производимое прицепом на дорогу, если площадь соприкосновения каждого колеса с дорогой равна 125 см2.
Дано:
m=2,5 т
S=125 см2
2 оси;
4 колеса
g=10 Н/кг
p – ?
СИ
=2,5*103кг
=125*10-4м2
Решение:
p=F/S
F=m*g
S=4Sк
=> p=m*g/4Sк
p=2,5*103кг*10Н/кг/4*125*10-4м2=5*105Па
Ответ. p=5*105Па
Мальчик массой 48 кг оказывает давление на опору. Рассчитайте, какое давление он оказывает, если общая площадь его подошв составляет 320 см2.
Проанализировав условие, запишем его в краткой форме, указав массу мальчика и площадь его подошв (Рис. 1). Затем в отдельной колонке запишем в системе СИ те величины, которые в условии приведены во внесистемных единицах. Масса мальчика приведена в системе СИ, а вот площадь, выраженную в квадратных сантиметрах, следует выразить в квадратных метрах:
320 см2 = 320∙(0,01 м)2 = 320∙0,0001 м2 = 0,032 м2.
Рис. 1. Краткое условие задачи №1
Для нахождения давления нам необходимо силу, с которой мальчик действует на опору, разделить на площадь опоры:
Значение силы нам неизвестно, однако в условие задачи входит масса мальчика. Сила, с которой он действует на опору, – это его вес. Предполагая, что мальчик неподвижен, можно считать, что его вес равен силе тяжести, которая равна произведению массы мальчика на ускорение свободного падения
Теперь мы можем объединить обе формулы в одну конечную. Для этого вместо силы F мы подставим в первую формулу произведение mg из второй формулы. Тогда расчетная формула будет иметь вид:
Следующий этап – проверка размерности полученного результата. Размерность массы [m] = кг, размерность ускорения свободного падения [g] = Н/кг, размерность площади [S] = м2. Тогда
Наконец, подставим числовые данные из условия задачи в конечную формулу:
Не забываем записать ответ. В ответе мы можем использовать кратные величины
Ответ: p = 15 кПа.
(Если в ответе вы запишете = 15 000 Па, то тоже будет правильно.)
Полное решение в окончательном виде будет выглядеть так (Рис. 2):
Рис. 2. Полное решение задачи №1
2. Задача №2
Брусок действует на опору с силой 200 Н, при этом он оказывает давление 4 кПа. Какова площадь опоры бруска?
Запишем краткое условие и выразим давление в системе СИ (4 кПа = 4000 Па) (Рис. 3).
Рис. 3. Краткое условие задачи №2
Величина площади поверхности входит в известную нам формулу для расчета давления.
Из этой формулы нам необходимо выразить площадь опоры. Вспомним математические правила. Сила F – делимое, площадь опоры S – делитель, давление p – частное. Чтобы найти неизвестный делитель, необходимо делимое разделить на частное. Мы получим:
Проверим размерность полученного результата. Площадь должна выражаться в квадратных метрах.
Выполняя проверку, мы паскали заменили ньютонами на квадратный метр, а дробную черту – знаком деления. Вспомним, что деление дробей заменяется умножением. При этом дробь, которая является делителем, переворачивается, то есть ее числитель и знаменатель меняются местами. После этого ньютон в числителе (перед дробью) и ньютон в знаменателе дроби сокращаются, и остаются квадратные метры.
Отметим, что проверка размерности является очень важным этапом решения задачи, так как позволяет обнаружить ошибки, случайно допущенные при выполнении математических преобразований.
После проверки размерности результата проведем расчет числового значения площади, подставляя данные из краткого условия:
Не забудем зафиксировать ответ.
Ответ: S = 0,05 м2.
Полностью оформленное решение задачи будет выглядеть так (Рис. 4):
Рис 4. Полное решение задачи №2
Давление твёрдых тел
/Статья для учеников 7 класса/
§ Содержание:
1. Что такое давление?
2. Способы увеличения и уменьшения давления.
3. Давление в живой природе.
4. Давление в технике.
5. Решение задач на расчёт давления.
6. Экспериментальные задания.
7. Просто интересные задачи.
1.Что такое давление?
Представьте, что вы отправились на лыжную прогулку. Лыжи скользят по снегу, оставляя совсем неглубокий след. Что произойдёт, если снять лыжи? Конечно, вы сразу провалитесь в снег. Давайте разберёмся, почему это происходит. Вес, т.е сила, с которой человек давит на снег, осталась такой же. А что изменилось? Только площадь опоры (сравните подошвы ботинок и лыжи). Значит, можно предположить, что результат действия силы зависит не только от самой силы – точки приложения, направления, модуля – но и от площади соприкосновения.
Чтобы проверить это, проведём эксперимент. Возьмите поролоновую губку и кусок мыла. Поставим мыло на губку самой большой стороной. Обратите внимание на деформацию губки. А теперь переверните мыло на ребро. Что изменилось? Теперь мы можем сделать вывод:результат действия силы зависит и от самой силы, и от площади её воздействия. Следовательно, нужна физическая величина, учитывающая оба фактора. Эта величина называется давлением. Отношение силы F к площади поверхности S при условии, что сила действует перпендикулярно поверхности, называется давлением.
p = F/S
Единицы измерения давления вычисляем по формуле: 1 Н/кв.м = 1 Па (паскаль).Единица измерения названа в честь известного учёного Блеза Паскаля. Кроме основных единиц, используют также и приставки:
1 кПа = 1000 Па, 1 МПа = 1 000 000 Па
Подумайте, используют ли приставки “милли”, “микро”? Почему?
2. Способы увеличения и уменьшения давления.
Сначала ответим на вопрос: а для чего это нужно? Вы видели, какие следы оставляют тяжёлые машины, трактора на земле? Такие глубокие колеи возникают как раз из- за высокого давления. Значит, в таких случаях его нужно снижать. Так как давление зависит от силы и площади, изменять его можно, меняя эти величины.
Зачем увеличивать давление? Попробуйте тупым ножом порезать хлеб. Чем тупой нож отличается от острого?Конечно,площадью лезвия и создаваемым давлением. Поэтому все режущие и колющие инструменты должны быть очень острыми.
3. Давление в живой природе.
Об этом можно прочитать здесь: [1]
4. Давление в технике
Давление необходимо учитывать и в машиностроении, и в архитектуре, и на транспорте.Выше уже говорилось о машинах,деформирующих почву. Они наносят непоправимый вред экологии. Например, при освоении Крайнего Севера гусеничными тракторами были уничтожены огромные площади ягеля – основного корма оленей, что отрицательно сказалось на их популяции. Чтобы избежать этого, необходимо уменьшить давление, т.е.либо уменьшить силу давления, либо увеличить площадь. Уменьшить силу сложно:для этого нужно уменьшать массу, применяя более лёгкие материалы. Но эти вещества либо непрочные, либо очень дорогие. Поэтому чаще всего используют именно увеличение площади.Сделать это можно разными способами: применение гусениц на тракторах, увеличение диаметра шин, использование парных колёс.Большое значение имеет и то, как накачены шины, ведь от этого тоже зависит площадь соприкосновения.Гусеницы значительно снижают давление (см.таблицу),повышая проходимость механизма, но при этом сильно повреждают верхние слои почвы.Очень важен учёт давления и в архитектуре, строительстве. Фундамент здания используется для снижения давления.С древних времён при строительстве использовали полые колонны. Имея достаточную прочность, они гораздо легче сплошных, а следовательно и создаваемое давление тоже меньше.
Механизм
Давление, в кПа
Гусеничные тракторы(болотные) с уширенными гусеницами
20 -30
Гусеничные тракторы
40 -50
Колёса легкового автомобиля
230 -300
Колёса железнодорожного вагона на рельсы
300 000
5. Решение задач на расчёт давления.
§ 1) На полу находится кирпич размерами: высота -5 см,ширина – 10 см,длина – 20 см. Его масса 2 кг.Какое давление оказывает кирпич на пол, находясь в трёх различных положениях?
§ 2) Какова длина лыж, если стоящий на них человек массой 80 кг оказывает на снег давление 2,5 кПа? Ширина лыжи 8 см.
§ 3) Какое давление на почву оказывает гусеничный трактор , если масса трактора 3,2 т, а площадь одной гусеницы 0,8 кв.м?
6. Экспериментальные задания.
§ 1) Определите давление стакана с чаем на стол. Изменится ли давление, если чай выпить? Во сколько раз?
§ 2) Во сколько раз изменится давление учебника физики на стол, если его поставить на ребро? а если учебник по физике заменить на историю?
7.Просто интересные задачи.
§ 1)Разведчик должен пересечь реку по тонкому льду. Придумайте устройство, уменьшающее риск переправы.
§ 2)Почему рельсы не кладут прямо на землю?
§ 3) Почему острой бритвой нечаянно порезаться легче, чем ножом?
§ 4)На деревянную стенку надавили с силой в 200 Н сначала ладонью, потом с такой же силой шилом. Силы равны по величине, почему же результат различный?
Решение задач на расчет давления
1. Задача №1
Мальчик массой 48 кг оказывает давление на опору. Рассчитайте, какое давление он оказывает, если общая площадь его подошв составляет 320 см2.
Проанализировав условие, запишем его в краткой форме, указав массу мальчика и площадь его подошв (Рис. 1). Затем в отдельной колонке запишем в системе СИ те величины, которые в условии приведены во внесистемных единицах. Масса мальчика приведена в системе СИ, а вот площадь, выраженную в квадратных сантиметрах, следует выразить в квадратных метрах:
320 см2 = 320∙(0,01 м)2 = 320∙0,0001 м2 = 0,032 м2.
Рис. 1. Краткое условие задачи №1
Для нахождения давления нам необходимо силу, с которой мальчик действует на опору, разделить на площадь опоры:
Значение силы нам неизвестно, однако в условие задачи входит масса мальчика. Сила, с которой он действует на опору, – это его вес. Предполагая, что мальчик неподвижен, можно считать, что его вес равен силе тяжести, которая равна произведению массы мальчика на ускорение свободного падения
Теперь мы можем объединить обе формулы в одну конечную. Для этого вместо силы F мы подставим в первую формулу произведение mg из второй формулы. Тогда расчетная формула будет иметь вид:
Следующий этап – проверка размерности полученного результата. Размерность массы [m] = кг, размерность ускорения свободного падения [g] = Н/кг, размерность площади [S] = м2. Тогда
Наконец, подставим числовые данные из условия задачи в конечную формулу:
Не забываем записать ответ. В ответе мы можем использовать кратные величины
Ответ: p = 15 кПа.
(Если в ответе вы запишете = 15 000 Па, то тоже будет правильно.)
Полное решение в окончательном виде будет выглядеть так (Рис. 2):
Рис. 2. Полное решение задачи №1
2. Задача №2
Брусок действует на опору с силой 200 Н, при этом он оказывает давление 4 кПа. Какова площадь опоры бруска?
Запишем краткое условие и выразим давление в системе СИ (4 кПа = 4000 Па) (Рис. 3).
Рис. 3. Краткое условие задачи №2
Величина площади поверхности входит в известную нам формулу для расчета давления.
Из этой формулы нам необходимо выразить площадь опоры. Вспомним математические правила. Сила F – делимое, площадь опоры S – делитель, давление p – частное. Чтобы найти неизвестный делитель, необходимо делимое разделить на частное. Мы получим:
Проверим размерность полученного результата. Площадь должна выражаться в квадратных метрах.
Выполняя проверку, мы паскали заменили ньютонами на квадратный метр, а дробную черту – знаком деления. Вспомним, что деление дробей заменяется умножением. При этом дробь, которая является делителем, переворачивается, то есть ее числитель и знаменатель меняются местами. После этого ньютон в числителе (перед дробью) и ньютон в знаменателе дроби сокращаются, и остаются квадратные метры.
Отметим, что проверка размерности является очень важным этапом решения задачи, так как позволяет обнаружить ошибки, случайно допущенные при выполнении математических преобразований.
После проверки размерности результата проведем расчет числового значения площади, подставляя данные из краткого условия:
Не забудем зафиксировать ответ.
Ответ: S = 0,05 м2.
Полностью оформленное решение задачи будет выглядеть так (Рис. 4):
Рис 4. Полное решение задачи №2
Задачи на давление твердых тел
с ответами и решениями
Формулы, используемые на уроках по теме «ЗАДАЧИ на давление твердых тел»:
Название величины | Обозначение | Единица измерения | Формула |
Сила давления | F | Н | F = mg, F = pS |
Площадь опоры | S | м2 | S = F / p |
Давление | p | Па | p = F / S |
Постоянная | g = 9,8 или g ≈ 10 |
Н/кг |
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1.
Рассчитать давление, производимое бетонной плитой, масса которой 780 кг, а площадь опоры 2 м2.
Задача № 2.
Какое давление на дорогу оказывает автомобиль «Волга», если его масса 1420 кг, а площадь соприкосновения одного колеса с дорогой 900 см2?
Задача № 3.
Какое давление оказывает острие шила, если сила давления равна 20 Н, а площадь острия — 0,1 мм2?
Задача № 4.
Ширина лезвия коньков равна 5 мм, а длина той части лезвия, которая опирается на лед, составляет 17 см. Вычислите давление, производимое коньками на лед, если масса стоящего на коньках мальчика равна 55 кг.
Задача № 5.
На какую площадь опирается лыжник массой 78 кг, если он оказывает давление 2,5 кПа?
Задача № 6.
Колонна массой 6 т производит на опору давление 400 кПа. Определите площадь опоры колонны.
Задача № 7.
На полу лежит плита, сделанная из материала плотностью р. Толщина плиты h. Какое давление р оказывает плита на пол?
ОТВЕТ: р = рgh.
РЕШЕНИЕ. Обозначим площадь плиты S. Тогда масса плиты m = рSh , а давление р = mg/S = рShg/S = рgh. Обратите внимание на то, что давление, оказываемое плоской плитой, не зависит от ее площади, а зависит только от ее плотности и толщины.
Задача № 8.
Какое давление на фундамент оказывает мраморная колонна высотой 4 м?
Задача № 9.
Лед выдерживает давление 90 кПа. Пройдет ли по этому льду трактор массой 5,4 т, если он опирается на гусеницы общей площадью 1,5 м2?
Задача № 10 (повышенной сложности).
На полу стоит сплошной стальной куб. Какова масса куба, если он оказывает на пол давление 9 кПа?
ОТВЕТ: 12 кг.
РЕШЕНИЕ. Из задачи № 4 мы выяснили, что р = рgh. Следовательно, h = p / pg, где h — это ребро куба. Объем куба равен V = h3, следовательно масса куба равна m = p V = p h3 = р (p / pg)3 = p3 / p2g3 = 12 кг.
Краткая теория для решения задач.
Вы смотрели Конспект урока «Задачи на давление твердых тел с решениями». Выберите дальнейшие действия:
- Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Давление жидкостей с ответами и решениями.
- Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Сообщающиеся сосуды и гидравлический пресс с решениями.
- Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
- Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
- Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике
Проделаем опыт. Возьмем небольшую доску, в углы которой вбиты четыре гвоздя, и поместим ее остриями вверх на песок. Сверху на нее положим гирю (рис. 81). Мы увидим, что шляпки гвоздей лишь незначительно вдавятся в песок. Если же мы перевернем доску и снова поставим ее (вместе с гирей) на песок, то теперь гвозди войдут в него значительно глубже (рис. 82). В обоих случаях вес доски был одним и тем же, однако эффект оказался разным. Почему?
Вся разница в рассматриваемых случаях заключалась в том, что площадь поверхности, на которую опирались гвозди, в одном случае была больше, а в другом меньше. Ведь сначала песка касались шляпки гвоздей, а затем их острия.
Мы видим, что результат воздействия зависит не только от силы, с которой тело давит на поверхность, но и от площади этой поверхности. Именно по этой причине человек, способный скользить по рыхлому снегу на лыжах, сразу же проваливается в него, как только их снимет (рис. 83).
Но дело не только в площади. Важную роль играет и величина прикладываемой силы. Если, например, на ту же. доску (см. рис. 81) положить еще одну гирю, то гвозди (при той же площади опоры) погрузятся в песок еще глубже.
Силу, прикладываемую перпендикулярно поверхности, называют силой давления на эту поверхность.
Силу давления не следует путать с давлением. Давление — это физическая величина, равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности:
,(32.1)
где
р — давление, F — сила давления, S — площадь.
Итак, чтобы определить давление, надо силу давления разделить на площадь поверхности, на которую оказывается давление.
При одной и той же силе давление больше в том случае, когда площадь опоры меньше, и, наоборот, чем больше площадь опоры, тем давление меньше.
В тех случаях, когда силой давления является вес находящегося на поверхности тела (F = P = mg), давление, оказываемое телом, можно найти по формуле
Если давление р и площадь S известны, то можно определить силу давления F; для этого надо давление умножить на площадь:
F = pS (32.2)
Сила давления (как и любая другая сила) измеряется в ньютонах. Давление же измеряется в паскалях. Паскаль (1 Па) — это такое давление, которое производит сила давления в 1 Н, будучи приложенной к поверхности площадью 1 м2:
1 Па = 1 Н/м2.
Используются также другие единицы давления — гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа):
1 гПа = 100 Па, 1 кПа = 1000 Па.
1. Приведите примеры, показывающие, что результат действия силы зависит от площади опоры, на которую действует эта сила. 2. Почему человек, идущий на лыжах, не проваливается в снег? 3. Почему острая кнопка легче входит в дерево, чем тупая? 4. Что называют давлением? 5. Какие вы знаете единицы давления? 6. Чем отличается давление от силы давления? 7. Как можно найти силу давления, зная давление и площадь поверхности, к которой приложена сила?