Siła Nacisku Na Podłoże Parcie I Ciśnienie
W fizyce często spotykamy się z pojęciami opisującymi, jak obiekty oddziałują ze sobą. Trzy z nich, choć powiązane, są różne i ważne do zrozumienia: siła nacisku na podłoże, parcie i ciśnienie. Wyobraź sobie, że stoisz na śniegu. To, jak głęboko się w nim zapadasz, zależy właśnie od tych trzech sił.
Siła Nacisku na Podłoże
Siła nacisku na podłoże to nic innego jak siła, którą ciało działa prostopadle na powierzchnię. Najczęściej (choć nie zawsze) jest to siła ciężkości, czyli ciężar danego obiektu. Pomyśl o książce leżącej na stole. Książka naciska na stół właśnie swoją siłą ciężkości. Jeśli położysz na tej samej książce drugą, siła nacisku na stół się zwiększy.
Aby to sobie lepiej wyobrazić, pomyśl o wkładaniu gwoździa w deskę. Uderzasz młotkiem – to jest siła. Ale to, jak mocno gwóźdź naciska na deskę, zależy od tego, jak mocno uderzysz młotkiem. Im większa siła uderzenia młotkiem, tym większa siła nacisku gwoździa na deskę.
Kluczowe jest słowo "prostopadle". Siła nacisku zawsze działa pod kątem prostym do powierzchni. Jeśli przesuniesz książkę na stole tak, żeby stała na krawędzi (czyli pod kątem), to część jej ciężaru nie będzie działała bezpośrednio jako nacisk na stół, ale będzie próbowała go przewrócić. Tylko składowa siły ciężkości prostopadła do powierzchni stołu jest siłą nacisku.
Przykład: Człowiek stojący na podłodze
Kiedy stoisz na podłodze, Twoja waga (siła ciężkości działająca na Ciebie) staje się siłą nacisku na podłogę. Im jesteś cięższy, tym większa siła nacisku.
Parcie
Parcie to również siła, ale działa ona w płynach (cieczach i gazach). Wyobraź sobie dmuchany balon. Powietrze wewnątrz balonu wywiera parcie na wewnętrzne ścianki balonu, utrzymując go w napompowanym stanie. Bez parcia powietrza balon by się zapadł.
Parcie, podobnie jak siła nacisku, jest siłą działającą prostopadle do powierzchni. Ale w odróżnieniu od siły nacisku, która jest zazwyczaj wynikiem ciężaru ciała, parcie w płynach wynika z ruchu cząsteczek płynu. Cząsteczki te nieustannie się poruszają i zderzają ze sobą oraz ze ściankami naczynia, w którym się znajdują. Te uderzenia generują parcie.
Pomyśl o pływaniu w basenie. Woda otacza Cię ze wszystkich stron i wywiera na Ciebie parcie. Im głębiej zanurkujesz, tym większe parcie odczuwasz, ponieważ nad Tobą znajduje się coraz więcej wody. To dlatego uszy mogą Cię boleć pod wodą na dużej głębokości – to właśnie efekt parcia.
Przykład: Łódź na wodzie
Łódź utrzymuje się na wodzie dzięki sile wyporu. Siła wyporu jest wypadkową siłą parcia wody działającą na zanurzoną część łodzi. Woda wywiera parcie na całą powierzchnię łodzi, ale parcie od dołu jest większe niż parcie od góry, dlatego łódź unosi się.
Ciśnienie
Ciśnienie to miara tego, jak bardzo siła rozkłada się na pewnej powierzchni. Definiuje się je jako siłę działającą prostopadle na jednostkę powierzchni: ciśnienie = siła / powierzchnia. Oznacza to, że taka sama siła działająca na mniejszą powierzchnię wywoła większe ciśnienie.
Wróćmy do przykładu z gwoździem. Jeśli uderzysz w gwóźdź z dużą siłą, ale główka gwoździa będzie duża, ciśnienie na deskę będzie mniejsze niż gdyby główka gwoździa była mała (przy tej samej sile uderzenia). Mała główka gwoździa skupia siłę na małej powierzchni, powodując duże ciśnienie, co ułatwia wbicie gwoździa.
Wyobraź sobie dwa scenariusze: stoisz na śniegu w butach narciarskich i w szpilkach. W butach narciarskich nie zapadniesz się tak bardzo, ponieważ Twoja waga (siła nacisku) rozkłada się na dużej powierzchni. Natomiast w szpilkach, cała waga skupia się na małej powierzchni obcasa, powodując bardzo duże ciśnienie i zapadasz się głęboko w śnieg.
Przykład: Opony w samochodzie
Ciśnienie w oponach samochodowych ma ogromne znaczenie. Zbyt niskie ciśnienie powoduje, że opona styka się z podłożem większą powierzchnią, co zwiększa opór toczenia i zużycie paliwa. Zbyt wysokie ciśnienie zmniejsza powierzchnię styku opony z podłożem, co pogarsza przyczepność.
Podsumowując:
* Siła nacisku na podłoże to siła działająca prostopadle na powierzchnię, często (ale nie zawsze) będąca ciężarem ciała.
* Parcie to siła działająca w płynach, również prostopadle do powierzchni, wynikająca z ruchu cząsteczek płynu.
* Ciśnienie to miara tego, jak bardzo siła (czy to nacisku, czy parcia) rozkłada się na powierzchni.
Zapamiętanie tych różnic pomoże Ci lepiej zrozumieć wiele zjawisk fizycznych, które obserwujesz na co dzień. Pomyśl o tych przykładach, gdy następnym razem będziesz wbijać gwóźdź, pływać w basenie lub jechać samochodem!
