Ćwiczenie 1

Fizyka 2. Podręcznik

Wysyp na równą, twardą powierzchnię (np. stołu, ławki) parę ziarenek piasku, potem połóż na nich dłoń i oprzyj się na niej mocno. Oprzyj się w podobny sposób na piasku w piaskownicy. Opisz w zeszycie, jaką czujesz różnicę.

Ciśnienie. Połóżmy cegłę na dużej, grubej gąbce i zbadajmy ugięcie gąbki przy różnych ułożeniach cegły. Sprawdźmy też, jak zmieni się ugięcie gąbki, gdy pod cegłę podłożymy lekką, szeroką deseczkę.

Na zdjęciach widać, że ugięcie gąbki zależy od tego, na której ściance leży cegła. Podłożenie pod cegłę deseczki zmniejsza ugięcie gąbki.

Ćwiczenie 1 Jak ugnie się gąbka przedstawiona na zdjęciu obok (głęboko czy płytko) pod naciskiem małego sześciennego klocka i położonej na nim cegły?

Wędrówka po głębokim śniegu nie jest łatwa, gdyż śnieg często nie wytrzymuje naszego nacisku i nogi w nim się zapadają. Co zmieniłoby w tej sytuacji przypięcie nart? Dałoby taki sam efekt, jak podłożenie cienkiej deseczki pod leżącą na gąbce cegłę. Mówimy, że dzięki przypiętym nartom siła nacisku człowieka na śnieg (czyli siła prostopadła do powierzchni, na którą działa) rozkłada się na większą powierzchnię – przypięcie nart zmniejsza ciśnienie wywierane na śnieg. Na każdy cm2 pola powierzchni śniegu przypada wówczas mniejsza siła.

52

Przypięcie nart zapobiega zapadaniu się w śnieg.

Obliczanie ciśnienia.

Poniższe zdjęcia ilustrują kolejne doświadczenie. Na gąbce ustawiamy drewniane klocki, a na nich układamy cegły. Każda cegła ma masę około 3 kg, zatem jej ciężar to około 30 N. Ponieważ masa klocka jest – w porównaniu z masą cegły – znikoma, pomijamy ją w obliczeniach, przyjmując, że nacisk klocków i cegieł na gąbkę jest równy ciężarowi ułożonych cegieł. Pole powierzchni podstawy klocka wynosi około 30 cm2 .

siła nacisku = 30 N powierzchnia = 30 cm2

siła nacisku = 60 N powierzchnia = 60 cm2

siła nacisku = 90 N powierzchnia = 90 cm2

siła nacisku = 30 N powierzchnia = 90 cm2

Ćwiczenie 2 a) Oblicz wartość siły nacisku cegieł przypadającej na 1 cm2 powierzchni gąbki widocznej na każdym z czterech zdjęć. b) Dlaczego ugięcie gąbki na ostatnim zdjęciu jest najmniejsze? Ugięcie gąbki w powyższych przykładach odzwierciedla wartość ciśnienia. Ciśnienie obliczamy, dzieląc wartość siły nacisku przez pole powierzchni, na którą działa siła. ciśnienie =

wartość siły nacisku pole powierzchni

Ciśnienie oznaczamy literą p. Uwzględniając przyjęte wcześniej oznaczenia: F – wartość siły, S – pole powierzchni, otrzymamy wzór F p = . S

Ćwiczenie 3 Ciężar Jacka wynosi 900 N, a pole powierzchni jego butów 300 cm2 . Ciężar Wacka jest równy 800 N, a pole powierzchni jego butów 200 cm2 . Który z nich wywiera na podłogę większe ciśnienie? Jednostką ciśnienia jest paskal (w skrócie Pa). Mówimy, że ciśnienie ma wartość 1 Pa, jeżeli na powierzchnię o polu 1 m2 działa siła nacisku o wartości 1 N.

Który z mężczyzn wywiera na podłogę większe ciśnienie?

1 Pa = 1 N2 1m

53

Na zdjęciu obok pokazano pomiar wytrzymałości miedzi. Miedziany drut zrywa się, gdy ciężar zawieszonego na nim zbiornika z wodą przekroczy wartość 40 N. Pole przekroju poprzecznego tego drutu (o średnicy 0,5 mm) wynosi około 0,2 mm2 . Zatem wytrzymałość miedzi wynosi 40 N : 0,000 000 2 m2 = 200 000 000 Pa = = 200 MPa.

Ćwiczenie 5

Miedziany drut zrywa się, gdy masa wody w kanistrze będzie większa niż 4 kg.

Stalowa lina o polu przekroju poprzecznego 2 cm2 zrywa się pod ciężarem większym niż 120 000 N. Oblicz wytrzymałość stali, z której wykonano linę. Znajomość wytrzymałości materiałów jest bardzo ważna w technice. Pozwala na przykład dobrać grubość lin podtrzymujących mosty wiszące czy wciągających windy w blokach. Zawsze stosuje się linę o średnicy nieco większej niż ta, którą otrzymamy z obliczeń. Chodzi o to, aby mieć pewność, że lina się nie zerwie, a jednocześnie nie zastosować liny zbyt grubej (a co za tym idzie sztywniejszej, cięższej i droższej).

ZESZYT ĆWICZEŃ str. 50 Każda z lin podtrzymujących most jest wiązką kilkudziesięciu cienkich stalowych lin okrytą plastikową osłoną. Taka cienka lina wytrzymuje obciążenie przedmiotem o masie kilku ton.

SPRAWDŹ, CZY UMIESZ

Pytania kontrolne (str. 72) 1 – 6

1. Cegła o wymiarach 6 cm×12 cm×24 cm leży na ziemi na ściance o najmniejszym polu. Po ułożeniu cegły na ściance o największym polu: A. B. C. D.

siła nacisku i ciśnienie wywierane przez cegłę na ziemię wzrosną siła nacisku i ciśnienie wywierane na ziemię zmaleją siła nacisku wywierana na ziemię nie zmieni się, a ciśnienie zmaleje siła nacisku wywierana na ziemię nie zmieni się, a ciśnienie wzrośnie

2. Paczka styropianu w kształcie sześcianu o krawędzi 1 m wywiera na podłoże ciśnienie 120 Pa. Masa paczki wynosi: A. 1,2 kg

B. 12 kg

C. 0,6 kg

D. 6 kg

3. 1 Pa to: A. 1 m2 /N

B. 1 kg/m2

C. 1 N · m2

D. 1 N/m2

55