V.1. Presiunea.

👀 Experiment: Ce este presiunea?
🔥 Atenție când lucrezi cu obiecte ascuțite! Atenție când lucrezi cu acul să nu te înțepi!

Materiale necesare:
Cutie, o greutate pentru cutie, vas cu făină (pesmet).

Descrierea experimentului:

• Așază cutia goală cu suprafața cea mai mică în vasul cu făină.
• Observă urma lăsată de cutie în făină.
• Așază cutia cu suprafața cea mai mică cu o greutate în ea în vasul cu făină.
• Observă urma lăsată de cutia plină cu o greutate în făină.

  Presiunea exercitată de cutie asupra unei suprafețe este direct proporțională cu forța de apăsare din partea cutiei asupra suprafeței.

• Așază cutia cu suprafața cea mai mare și cu o greutatea în ea în vasul cu făină.
• Observă urma lăsată de cutia plină în făină când are suprafața mai mare față de cazul anterior, cu suprafața mai mică.

  Presiunea exercitată de cutie asupra unei suprafețe este invers proporțională cu aria suprafeței pe care se exercită forța de apăsare.

Presiunea (p) este o mărime fizică ce măsoară raportul dintre forța de apăsare normală (F) exercitată pe o suprafață și aria suprafeței (S) pe care se distribuie forța de apăsare.

Caracterizarea presiunii ca mărime fizică:

Aplicații

a) Presiunea este direct proporțională cu forța de apăsare normală F_n.

Exemplu:

Tăvălugul care presează bitumul pentru asfaltare cu o roată cilindrică foarte grea.

b) Presiunea este invers proporțională cu aria suprafeței pe care se exercită forța de apăsare.

Exemplu:

• Obiectele ascuțite (ace, compas, foarfece, cuțite etc.) sunt periculoase (ne pot tăia sau înțepa) deoarece au vârful cu o suprafață foarte mică și exercită presiuni foarte mari, chiar la forțe de apăsare mici.

• Când suntem pe schiuri de abia lăsăm urme pe zăpadă față de bocanci, deoarece greutatea noastră se distribuie pe o suprafață mai mare și presiunea exercitată de noi este mai mică decât cu bocancii.

• Când suntem pe gheața care stă să crape, imediat trebuie să ne culcăm pe burtă și să ne târâm așa până la mal, deoarece lăsându-ne greutatea pe o suprafață mai mare scădem foarte mult presiunea exercitată de noi asupra gheții.

• Suprafaţa unui taburet fiind plană, corpul nostru vine în contact cu el pe o suprafaţă mai mică decât pe scaunul cu spătar, caz în care presiunea exercitată de greutatea corpului nostru este mai mare. Când suprafaţa scaunului este curbată, aceasta vine în contact cu o parte mai mare a corpului nostru şi, deci, presiunea este mai mică. Deci, mai comod este scaunul cu spătar.

Presiunea are foarte multe unități derivate:

1 bar = 10⁵ Pa

Atmosferă fizică = 1 atm = 101.325 Pa

Atmosferă tehnică = 1 at = 9,8 ∙ 10⁴ Pa

Milimetri coloană de mercur = 1mmHg = 1 torr = 133,322 Pa

Kilogramforță pe metru pătrat = 1kgf / m² = 1mm H₂O = 9,8 Pa

🔓 Probleme rezolvate

1. Un corp paralelipipedic de 400 g are următoarele dimensiuni:

L = 0,003 hm

l = 15 cm

h = 100 mm

Află cele trei presiuni exercitate de corp asupra unei suprafețe.

Rezolvare:

Scriem datele problemei și le transformăm în SI.
m = 400 g = 0,4 kg
G = m ∙ g = 0,4 kg ∙ 10 N/kg = 4 N
L = 0,003 hm = 0,3 m
l = 15 cm = 0,15 m
h = 100 mm = 0,1 m.

Aplicăm formula presiunii și înlocuim datele problemei:

2. Un om bate în perete un cui cu o forță de 600 N care face un unghi α =30° cu peretele. Vârful cuiului are 2 cm². Află presiunea exercitată de om asupra peretelui.

Rezolvare:

Scriem datele problemei și le transformăm în SI
F = 600 N
S = 2 cm² = 2/10000 m²

Etalon:
1 cm : 100 N

Calculăm modulul forței normale asupra peretelui

F_n = F ∙ cosα = 600 ∙ 1/2 = 300 N

Scriem formula presiunii și înlocuim datele problemei:

3. Un corp paralelipipedic din aluminiu cu densitatea de 2700 kg/m³ și înălțimea de 20 cm este așezat pe un plan înclinat cu unghiul de 60° (cos 60° = 0,5). Calculează presiunea exercitată de corp asupra planului înclinat.

Rezolvare:

Notăm datele problemei și le transformăm în SI:
ρ = 2700 kg/m₃
h = 20 cm = 0,2 m
α = 60°
p = ?

Scriem formula presiunii și calculăm mărimile din formulă: