В углы небольшой доски вбиты гвозди. Сначала они устанавливаются на песке остриями вверх. А на до́ску кладут гирю.
Шляпки гвоздей неглубоко вдавливаются в песок. Если перевернуть доску, поставить гвозди на остриё и положить гирю, гвозди гораздо глубже проникают в песок.
Если надавить пальцем на шляпку канцелярской кнопки, она легко проникает остриём в деревянную дощечку. При этом в палец шляпка кнопки не проникает.
Рассмотрим момент времени, когда палец давит на кнопку, но она ещё не проникла в дерево.
Палец действует на кнопку с какой-то силой, и дощечка действует на кнопку с какой-то силой.
Так как кнопка неподвижна, значит, эти силы равны.
С другой стороны, с какой силой палец давит на кнопку, с такой же силой кнопка давит на палец.
С какой силой дощечка действует на кнопку, с такой же силой кнопка действует на дощечку.
Отсюда можно сделать вывод, что сила, с которой кнопка действует на палец, равна силе, с которой кнопка действует на дощечку.
Силу, действующую на палец, обозначим F1, а силу, действующую на дощечку, обозначим F2.
Запишем их равенство по модулю.
Если силы количественно равны, почему же кнопка проникает в дерево, но не проникает в палец?
Дело в том, что сила F1 распределена по площади, по которой палец соприкасается с кнопкой. И эта площадь довольно большая. Обозначим её S1.
Остриё кнопки соприкасается с дощечкой по крошечной площади. Обозначим её S2. Она гораздо меньше площади S1.
Рассмотрим это на молекулярном уровне.
Сила, действующая на палец, распределена по огромному количеству его молекул. Получается, на каждую отдельную молекулу пальца действует небольшая сила.
А сила, действующая на дощечку, вся сосредоточена на небольшой площади. Значит, на каждую молекулу древесины, находящейся под остриём кнопки, действует гораздо большая сила, чем сила, действующая на каждую молекулу пальца. В результате, силы межмолекулярного взаимодействия древесины не в состоянии удержать молекулы дощечки вместе, иначе говоря, древесина разрушается, и остриё в неё входит.
Получается, что действие силы на палец и на дощечку зависит не только от её величины, но и от площади, по которой она распределена.
Чем меньше площадь, тем больше разрушительное действие силы. И наоборот – чем больше площадь, тем меньше разрушительное действие силы.
На количественном уровне это можно представить следующим отношением: F/S.
Где F – это сила, действующая перпендикулярно некой поверхности.
В нашем примере сила F1 перпендикулярна поверхности пальца. А сила F2 перпендикулярна поверхности дощечки. S – это площадь, по которой распределена сила F.
Отношение F/S характеризует воздействие силы на определённую площадь и называется оно давлением. Обозначается давление буквой p.
Силу F, в данном случае, называют силой давления.
Определение давления следующее. Давлением называется физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно некоторой поверхности, к площади этой поверхности.
Теперь снова вернёмся к нашему примеру с кнопкой.
Обозначим давление на палец p1, а на дощечку p2. Соответственно p1 = F1/S1. А p2 = F2/S2.
Так как сила в обоих случаях одинакова, то разница в давлениях зависит от площадей поверхностей. S1 гораздо больше S2, соответственно, p1 гораздо меньше p2. Иначе говоря, давление кнопки на палец намного меньше давления кнопки на дощечку.
Теперь определим единицы давления.
Из формулы получается, что в международной системе единиц СИ, единица давления – это ньютон, делённый на квадратный метр. Но давление настолько важная физическая величина, что для неё придумали отдельную единицу измерения под названием паскаль, в честь французского учёного Блеза Паскаля. Обозначается она «Па». Это сокращение слова паскаль.
Получается 1 паскаль – это давление, которое производит сила в 1 Н на поверхность площадью 1 кв. м. При этом сила не должна быть сконцентрирована на одном или нескольких участках этой поверхности. Она должна быть распределена по ней равномерно.