Siła parcia i ciśnienie

Siła parcia to siła, która działa prostopadle do powierzchni. Można powiedzieć prościej: to siła nacisku na jakąś powierzchnię. Gdy książka leży na stole, naciska na blat. Gdy stoisz na podłodze, twoje buty naciskają na podłoże.

Ciśnienie mówi nam, jak duży jest ten nacisk na określoną powierzchnię. Nie wystarczy więc wiedzieć, jaka działa siła. Ważne jest też, na jak dużym obszarze ta siła działa. Ta sama siła może dawać małe albo duże ciśnienie.

Jeśli siła działa na małą powierzchnię, ciśnienie jest większe. Jeśli działa na dużą powierzchnię, ciśnienie jest mniejsze. Dlatego cienka szpilka łatwo wbija się w tkaninę, a szerokie narty nie zapadają się tak łatwo w śnieg.

Ciśnienie obliczamy ze wzoru:

$$p = \frac{F}{S}$$

W tym wzorze:

• $p$ oznacza ciśnienie
• $F$ oznacza siłę parcia
• $S$ oznacza pole powierzchni

Jednostką ciśnienia jest paskal, czyli $Pa$. Jeden paskal to ciśnienie wywierane przez siłę $1\ N$ działającą na powierzchnię $1\ m^2$.

Możemy to zapisać tak:

$$1\ Pa = \frac{1\ N}{1\ m^2}$$

Pamiętaj też o jednostkach innych wielkości:

• siłę mierzymy w niutonach: $N$
• pole powierzchni mierzymy w metrach kwadratowych: $m^2$

Podczas obliczeń trzeba bardzo uważać, żeby nie pomylić jednostek. Jeśli pole powierzchni nie jest podane w $m^2$, często trzeba je wcześniej przeliczyć.

Ze wzoru $p = \frac{F}{S}$ wynikają dwie bardzo ważne zależności.

Gdy pole powierzchni się nie zmienia:

• większa siła parcia daje większe ciśnienie
• mniejsza siła parcia daje mniejsze ciśnienie

Gdy siła parcia się nie zmienia:

• większe pole powierzchni daje mniejsze ciśnienie
• mniejsze pole powierzchni daje większe ciśnienie

To łatwo zauważyć w życiu codziennym. Człowiek w butach na cienkim obcasie wywiera na podłoże większe ciśnienie niż w butach sportowych, choć jego ciężar może być taki sam. Różnica wynika z pola powierzchni styku z podłożem.

Podobnie działa nóż. Ostre ostrze ma bardzo małą powierzchnię styku z chlebem lub warzywem, więc przy tej samej sile nacisku wytwarza większe ciśnienie i łatwiej tnie.

Zjawisko ciśnienia spotykamy bardzo często.

• Szpilka i gwóźdź mają małą powierzchnię końcówki, więc wywierają duże ciśnienie.
• Narty i rakiety śnieżne zwiększają powierzchnię styku ze śniegiem, więc zmniejszają ciśnienie.
• Gąsienice czołgu rozkładają ciężar na większą powierzchnię niż zwykłe koła.
• Szerokie opony w niektórych pojazdach pomagają jechać po miękkim gruncie.
• Ostry nóż tnie lepiej niż tępy, bo przy tej samej sile daje większe ciśnienie.

Przy zadaniach o ciśnieniu najlepiej działać krok po kroku.

• Odczytaj z treści siłę parcia i pole powierzchni.
• Sprawdź, czy jednostki są poprawne: siła w $N$, powierzchnia w $m^2$.
• Podstaw dane do wzoru $p = \frac{F}{S}$.
• Wykonaj dzielenie i zapisz wynik z jednostką $Pa$.

Przykład obliczenia:

Jeśli siła parcia wynosi $20\ N$, a pole powierzchni $4\ m^2$, to:

$$p = \frac{20\ N}{4\ m^2} = 5\ Pa$$

Wynik oznacza, że na każdy metr kwadratowy działa ciśnienie $5\ Pa$.

Czasem w zadaniu nie trzeba liczyć, tylko porównać sytuacje. Wtedy wystarczy sprawdzić:

• czy zmienia się siła parcia
• czy zmienia się powierzchnia
• co z tego wynika dla ciśnienia

Najczęstszy błąd to mylenie siły z ciśnieniem. Siła mówi, jak mocno coś naciska, a ciśnienie uwzględnia jeszcze to, na jakiej powierzchni ten nacisk działa.