§ 48. Что такое давление

Естествознание, 6 класс. Учебник: Верховцева Л. А. и др. (Алматыкітап баспасы, 2023). Раздел 5: Энергия и движение. Страницы 90–96.

Чему научишься

• Объяснять, что такое давление и от чего оно зависит.
• Считать давление по формуле $P = \frac{F}{S}$ и переводить паскали в килопаскали.
• Различать давление твёрдых тел, жидкостей и газов.
• Рассказывать, что такое атмосферное и артериальное давление.
• Измерять своё давление на пол с помощью листа в клеточку.

Разминка

• Что такое сила? Действие одного тела на другое. Сила может сдвинуть тело, остановить его или изменить его форму.
• Как называется сила, с которой Земля притягивает тела? Сила тяжести. Из-за неё мы давим на пол.
• Что легче воткнуть в пенопласт: гвоздь острием или шляпкой? Острием. Почему так, узнаешь сегодня.
• Что происходит с газом при нагревании? Он расширяется.

Разбираемся

Почему одни проваливаются, а другие нет

На первом рисунке параграфа две зимние картинки. Девочка на лыжах стоит на снегу и не проваливается. Малыш без лыж ушёл в сугроб почти по колено. Оба давят на снег своим весом. Но у лыжницы вес «размазан» по длинным лыжам, а у малыша сосредоточен на маленьких подошвах.

💡 Результат действия силы зависит не только от самой силы, но и от площади, на которую она давит. Значит, нужна величина, которая учитывает и то и другое. Это и есть давление.

Опыт с губкой и мылом

🧪 Опыт 1. Понадобятся поролоновая губка для посуды и брусок мыла (или любой твёрдый брусок).

Вывод. Сила одна и та же (вес мыла). Чем меньше площадь, на которую она действует, тем сильнее продавливается губка.

👨‍👩‍👧 Родителю. Опыт безопасный, его можно повторить дома за минуту. Попросите ребёнка заранее предсказать, где вмятина будет глубже, а потом проверить.

Формула давления

📌 Давление — это сила, которая приходится на каждую единицу площади поверхности. Его находят, деля силу на площадь: $P = \frac{F}{S}$ $P$ — давление, $F$ — сила, $S$ — площадь.

Из формулы сразу видно два способа изменить давление:

Давление измеряют в паскалях (Па). Один паскаль — очень маленькое давление: примерно так давит лист бумаги, лежащий на столе. Поэтому чаще пользуются килопаскалями: 1 кПа = 1000 Па.

🌟 Единицу назвали в честь французского учёного Блеза Паскаля (1623–1662). Он одним из первых объяснил давление в жидкостях и газах, а ещё в 19 лет придумал одну из первых счётных машин.

📕 В учебнике годы жизни Паскаля указаны как 1632–1662. На самом деле он родился в 1623 году.

Где давление увеличивают, а где уменьшают

Посмотри вокруг. Иголку, нож, топор делают острыми — чтобы при небольшой силе получить огромное давление. А снегоходу, трактору и лыжнику нужно наоборот: не провалиться. Им делают широкие гусеницы, полозья и лыжи.

⚠️ Частая ошибка. «Боксёрские перчатки нужны, чтобы бить сильнее». Наоборот! Мягкая широкая перчатка увеличивает площадь удара, давление на лицо соперника становится меньше, и травм меньше.

Измерь своё давление на пол

Это главный опыт урока. Ты узнаешь, сколько килопаскалей давишь на пол ты сам.

💡 Откуда «умножить на 10»? Если силу в ньютонах разделить на площадь в квадратных сантиметрах, получится Н/см². А 1 Н/см² = 10 000 Па = 10 кПа.

Пример расчёта. Масса Айгерим — 40 кг. Целых клеточек у ступни 520, неполных — 80.

1. Вес: $F = 40 \cdot 9{,}8 = 392$ Н.
2. Клеток у одной ступни: $520 + 80 : 2 = 560$.
3. Площадь двух ступней: $S = 560 : 2 = 280$ см².
4. Давление: $P = \frac{392 \cdot 10}{280} = 14$ кПа.

Давят и жидкости

Зайди в резиновых сапогах в глубокую лужу или в речку. Чувствуешь, как резина прижимается к ногам? Это давит вода. Верхние слои жидкости давят на нижние, поэтому чем глубже, тем больше давление. А на одной глубине вода давит одинаково во все стороны: вниз, вбок и даже вверх.

📌 В воде на каждые 10 м глубины давление растёт примерно на 100 кПа (100 000 Па).

На рисунке два водолаза стоят на дне на одной глубине: один под открытой водой, другой под нависшей скалой. Давление на них одинаковое: в жидкости важна только глубина от поверхности, а не то, что именно над головой.

Почему же водолаза не раздавит? По шлангам ему подают воздух под таким же давлением, как у воды снаружи. Давление внутри скафандра и снаружи уравновешивается. Так же устроены рыбы: у них есть плавательный пузырь с газом. Газ изнутри давит наружу так же сильно, как вода давит снаружи.

🌟 А в батискафе человек опустился почти на 11 км — 10 919 м, на дно Марианской впадины! Там вода давит примерно в 1000 раз сильнее, чем воздух у поверхности.

Давят и газы

Газ тоже давит во все стороны одинаково. Его давление зависит от температуры: горячий газ давит сильнее, холодный — слабее. Поэтому надутый шарик на морозе сморщивается, а в тепле снова надувается.

Над нами — огромный слой воздуха, атмосфера. Воздух имеет вес и давит на всё, что внизу.

📌 Атмосферное давление — давление воздуха атмосферы на земную поверхность и на все предметы. Нормальное атмосферное давление — 760 мм рт. ст., это 101 325 Па, примерно 101 кПа (часто округляют до 100 кПа).

Как это узнали? В 1643 году итальянский учёный Эванджелиста Торричелли наполнил ртутью стеклянную трубку, запаянную с одного конца, и опрокинул её в чашку с ртутью. Ртуть в трубке опустилась и остановилась на высоте около 760 мм. Её удерживало давление воздуха на ртуть в чашке. Так появилась единица «миллиметр ртутного столба».

Чем выше, тем меньше давление

На рисунке гора у моря. Внизу, у воды, ртутный столбик показывает 760 мм, а на склоне горы — всего 684 мм. Причины две:

1. Чем выше ты стоишь, тем ниже над тобой столб воздуха — и тем меньше он весит.
2. Наверху холоднее и воздух разреженный: молекул в каждом литре меньше, и давят они слабее.

📌 У поверхности Земли на каждый километр подъёма давление падает примерно на 12 кПа.

🌟 Каток «Медеу» под Алматы лежит на высоте 1691 м. Воздух там разреженный, сопротивление ему меньше, а лёд очень чистый. На этом катке установили больше 200 мировых рекордов!

Давление внутри нас

📌 Артериальное давление — давление, с которым кровь давит на стенки сосудов. Его измеряют специальным прибором — тонометром.

Когда погода резко меняется (тёплые дни сменяются холодными), меняется и атмосферное давление. Сосуды подстраиваются: сужаются или расширяются. Некоторые люди в такие дни чувствуют слабость и головную боль. Чтобы сосуды были здоровыми, помогают спорт, режим дня, овощи и фрукты.

👨‍👩‍👧 Родителю. Если дома есть тонометр, покажите ребёнку, как вы измеряете давление. Подробно это будет в § 51.

Проверь, как понял

Проверь себя

• От чего зависит давление? От силы, которая давит, и от площади, на которую она действует.
• Как увеличить давление? Увеличить силу или уменьшить площадь.
• В каких единицах измеряют давление? В паскалях (Па) и килопаскалях (1 кПа = 1000 Па).
• Почему давление в жидкости растёт с глубиной? Верхние слои жидкости давят на нижние.
• Что такое нормальное атмосферное давление? 760 мм рт. ст., около 101 кПа.

Решаем упражнения

№ 1

Рассмотри рисунок «Зима»: девочка на лыжах и малыш в сугробе. Почему дети стоят на снегу по-разному?

Как думать. Сравни площадь, на которую каждый ребёнок давит на снег.

Пример ответа.

• Оба ребёнка давят на снег своим весом.
• У лыжницы вес распределён по большой площади лыж, давление маленькое — снег её держит.
• У малыша вес приходится на маленькие подошвы, давление большое — он проваливается.

Ответ: у лыжницы площадь опоры больше, а давление на снег меньше, поэтому она не проваливается.

№ 2

Опыт 1: положи мыло на губку широкой стороной, потом на ребро. Что изменилось? Сделай вывод.

Как думать. Вес мыла не меняется. Меняется только площадь опоры.

Решение. Когда мыло лежит плашмя, губка прогибается чуть-чуть. Когда мыло стоит на ребре, вмятина заметно глубже. Площадь опоры стала меньше, а давление — больше.

Ответ: на ребре губка продавливается сильнее; чем меньше площадь при той же силе, тем больше давление.

№ 3

Раздели картинки (снегоход, гусеничный трактор, боксёры, дятел, игла с ниткой, фигуристка, нож и лимон) на две группы: где давление увеличивается и где уменьшается.

Как думать. Ищи остриё или тонкое лезвие — это увеличение. Ищи что-то широкое — это уменьшение.

Решение.

Ответ: увеличение — дятел, игла, коньки, нож; уменьшение — снегоход, трактор, боксёрские перчатки.

№ 4

Эксперимент «Измерь своё давление на пол»: взвесься, обведи ступню на листе в клетку, найди площадь и вычисли давление в кПа. Сравни с давлением других тел и животных.

Как думать. Действуй по шагам из раздела «Измерь своё давление на пол». Главное — не перепутать клеточки и квадратные сантиметры.

Решение (пример).

1. Вес: $F = 36 \cdot 9{,}8 = 352{,}8$ Н.
2. У одной ступни 460 целых клеточек и 88 неполных: $460 + 88 : 2 = 504$ клетки.
3. Площадь двух ступней: $S = 504 : 2 = 252$ см².
4. Давление: $P = \frac{352{,}8 \cdot 10}{252} = 14$ кПа.
5. Сравнение (из таблицы § 50): заяц — 1,2 кПа, волк — 12 кПа, человек — около 20 кПа, лось — 50 кПа, слон — 70 кПа.

Ответ: у тебя получится своё число, обычно 10–20 кПа. Это больше, чем у зайца и волка, но меньше, чем у лося и слона.

№ 5

Рассмотри рисунок с водолазами. Объясни, как отличается давление воды на водолазов, которые стоят в разных местах на одной глубине.

Как думать. От чего зависит давление в жидкости? Только от глубины.

Решение. Оба водолаза находятся на одинаковой глубине от поверхности воды. Над одним — открытая вода, над другим — скала, но вода вокруг них сообщается. На одной глубине жидкость давит одинаково во все стороны.

Ответ: давление на обоих водолазов одинаковое, потому что они на одной глубине.

№ 6

Объясни явления на рисунке: 1) небесный фонарик взлетает от огня; 2) шарик уменьшился, когда его облили холодной водой; 3) слон стоит на шаре, а шар не лопается.

Как думать. Вспомни, как давление газа зависит от температуры и как давление зависит от площади.

Решение.

1. Огонь нагревает воздух внутри фонарика. Тёплый воздух расширяется, часть его выходит, и фонарик становится легче окружающего холодного воздуха. Холодный воздух выталкивает его вверх.
2. Холодная вода охлаждает газ в шарике. Молекулы движутся медленнее, давление внутри падает. Наружный воздух сильнее давит снаружи, и шарик сжимается.
3. Цирковой шар очень прочный, с толстыми стенками. Вес слона давит на широкую площадь шара, а воздух (или наполнитель) внутри передаёт давление во все стороны одинаково и равномерно распределяет нагрузку по всей оболочке.

Ответ: 1) нагретый воздух легче — фонарик поднимается; 2) охлаждённый газ давит слабее — шарик сжимается; 3) давление распределяется по прочной оболочке шара равномерно и на большую площадь.

№ 7

(задание без номера в учебнике: обсуди в группе) Какие примеры давления ты видишь у себя дома? Попробуй изобразить их на одном рисунке.

Как думать. Пройдись по дому: кухня, ванная, прихожая. Где что-то острое? Где что-то широкое? Где жидкость или газ под давлением?

Пример ответа.

• Твёрдые тела: острый нож и тёрка (увеличивают давление), широкие ножки дивана и тапочки (уменьшают).
• Жидкости: вода под давлением бежит из крана и из душа.
• Газы: накачанные шины велосипеда, мяч, скороварка, присоски на кафеле в ванной.
• Рисунок: план квартиры, на котором значками отмечены все эти предметы.

Ответ: нож, иголка, ножки мебели, кран с водой, накачанный мяч, присоски — и рисунок квартиры с ними.

№ 8

(задание без номера в учебнике: рефлексия «Телеграмма») Коротко, как в телеграмме, расскажи о своей работе на уроке.

Как думать. Телеграмма — это 2–3 очень коротких предложения.

Пример ответа. «Изучил давление. Посчитал своё давление на пол — 14 кПа. Удивился, что на горе давление меньше. Было интересно».

Ответ: у каждого своя телеграмма.

Шпаргалка

• Одна и та же сила давит тем сильнее, чем меньше площадь.
• Острые предметы увеличивают давление, широкие опоры уменьшают.
• Жидкости и газы давят во все стороны одинаково.
• С глубиной давление воды растёт, с высотой давление воздуха падает.
• Горячий газ давит сильнее, холодный — слабее.

Мини-тест