О природе вещей : Оказать давление
Почему домкрат утопает на грунтовой дороге? И как проходит тяжеленный танк там, где вязнет легковушка? О давлении и силе давления рассуждают Алексей Воробьев-Обухов и Михаил Колодочкин.
Начнем с помидоров. Точнее, с арифметики. Вопрос: можно ли положить этот нежный овощ на вертикально торчащую булавку? И без арифметики ясно, что нельзя, однако же посчитаем. При площади острия 0,0001 см² (это довольно тупая булавка) и массе помидора граммов пятьдесят (вес – 0,05 кгс) получаем давление аж 500 ат! Такого не выдержит ни помидор, ни наша кожа. Но если булавок будет, скажем, полсотни, то вес синьора Помидора распределится на большую площадь и давление в точках контакта с булавками составит лишь 10 ат. Тоже много, но – глядите на фото! Нашему помидору хватило даже двух десятков булавок: держится.
Теперь должно быть ясно, чем давление отличается от силы давления. Последняя – это сила, с которой, например, предмет давит на поверхность или жидкость на поршень. Если эта поверхность горизонтальная, то сила давления равна весу. Но почему тогда мы проваливаемся в снег без лыж и не проваливаемся с ними, хотя с лыжами вес даже больше? Вот тут и выходит на сцену понятие «давление», которое иногда называют удельным (хотя это просто «масло масляное»). Для грунта (снега) важна сила давления, приходящаяся на каждую единицу его площади (например, на см²). Это и есть то самое загадочное давление. Именно от него зависит, провалится ли домкрат в грязь, закопаются ли шины в песок, хватит ли усилия в тормозах для экстренной остановки и будет ли топливо хорошо распыляться форсункой.
Какую практическую пользу дает нам это знание? Ну, с лыжами понятно: без них тот же таежный охотник провалится по колено, а то и дальше. Теперь о том, что ближе нам, автомобилистам. Если придется заменять колесо где-то на рыхлом грунте (возле пляжа, к примеру), то под домкрат обязательно нужно подложить подходящую широкую доску. Сила давления останется прежней, а вот каждый квадратный сантиметр поверхности, на который она давит, облегченно вздохнет. Кстати, водители эпохи тотального бездорожья прекрасно знали, что приспущенная шина (с увеличившейся площадью пятна контакта) не закопается в песке, грязи или снегу. И танки носятся по бездорожью благодаря большой площади гусениц, куда большей, чем у колесной техники.
Давление как явление присутствует и в топливной магистрали, и в тормозной системе. В тормозах разница понятий «давление» и «сила давления» позволяет усилить их эффективность. Жидкость передает давление от поршня главного тормозного цилиндра к колесному без изменения. А вот сила давления на первом и втором пропорциональна площади поршней. Получается, что колодки прижимаются к диску с куда большей силой, чем развивает нога. И это без учета всяких там усилителей. (Платить за усиление приходится большим ходом педали – этакое гидравлическое правило рычага.)
ПАСКАЛЬ И ЧЛЕНЫ ЕГО СЕМЬИ
Различные единицы давления появились оттого, что в разных странах и в разное время делили друг на друга разные единицы силы и площади. Когда берут килограмм-силу и квадратный сантиметр, получаются технические атмосферы (ат). Ньютоны и квадратные метры дадут паскали. Фунты с квадратными дюймами – иностранные PSI. Бар появился для обозначения давления в 1 000 000 дин/см² (была раньше в ходу такая единица силы – дина). Чтобы окончательно все запутать, физики придумали еще миллиметры водного и ртутного столбов, а атмосферы различают технические и физические. Мы приведем соотношение лишь тех единиц, с которыми приходится сегодня сталкиваться, общаясь с автомобилем. Итак, 1 бар = 105 Па;
1 бар = 1,02 ат; 1 ат = 14,2 PSI.
А вот и самое забавное: официально принятая единица давления паскаль оказалась настолько неудобной в повседневной жизни, что ее редко упоминают. Ну, разве что в виде килопаскалей (кПа), сотня которых и есть бар или – примерно – техническая атмосфера.
по материалам «За рулем», 05.09.12
