Давление человека на почву

Предлагаем самое важное по теме: "давление человека на почву" с комментариями профессиональных докторов. Мы постарались описать всю проблематику доступными словами. Если что-то не понятно или есть вопросы, то вы можете их оставить в специальном поле после статьи.

Расчет фундамента. Оценка сжимаемости грунта. Доступно о сложном

Автор: Дмитрий Белкин

Сегодня я хотел бы показать пример простых математических расчетов, которые очень могли бы пригодиться вам не только для расчета фундамента своего дома или сарая, но, также и для занимательного и веселого времяпровождения, особенно, если вы любите занимать свой пытливый и беспокойный ум расчетами в уме или на калькуляторе. Метод расчета фундамента, который приведен в этой статье, доступен абсолютно каждому.

Как и всегда, голые расчеты ничего не стоят без кропотливой и аккуратной проработки предметной области. Поэтому и в этой статье я не хотел бы эту предметную область обойти стороной. Кроме того, именно для анализа предметной области я и пишу эту статью. Собственно расчет фундаментов идет в качестве довеска к предметной области, как первый поцелуй двух школьников к двухчасовой прогулке на морозе.

Предварительные соображения (проработка предметной области)

Первое, что хотелось бы заметить, так это то, что я, на собственном дворе хожу по земле, и эта земля у меня под ногами не проваливается. Надеюсь, что и у вас такая же ситуация. Причем, если ситуация другая, что вполне может быть, то ничего страшного! Нужно просто будет приводимые расчеты скорректировать. Дальше, я думаю, будет понятно, как именно. Но я лично не проваливаюсь. От этого и будем отталкиваться.

Поскольку я на собственной земле стою и даже следов не оставляю, то из этого факта сразу следует вывод, что нагрузка, которую я оказываю на почву не достаточно велика для того, чтобы та деформировалась. Похоже, этот факт говорит о том, что почва у меня под ногами достаточно трудносжимаема для той нагрузки, которую я на нее оказываю.

А какую я оказываю нагрузку на почву? Сейчас посчитаем

Для подсчета нагрузки нам надо посчитать площадь наших стоп. Причем не по ноге, а по обуви. Площадь прямоугольника считается умножением его длины на ширину. Но ноги у нас, как правило, не имеют форму прямоугольника. Нам придется это учитывать, особенно потому, что мы поставили себе цель не загружаться теорией, а провести расчет просто, весело и занимательно.

Так вот я беру свой ботинок и линейкой очень приблизительно (округляю в меньшую сторону) меряю длину и ширину, как если бы это был прямоугольник. У меня получилось длина 28 см , ширина 10 см . Это по минимуму. Площадь прямоугольника получилась 28*10 = 280 см 2 или 0,028 м 2 . При переводе мы помним, что в одном метре 100 сантиметров, а в одном квадратном метре – 10 000 (Десять тысяч) квадратных сантиметров. На сколько реальная площадь стопы меньше площади этого прямоугольника? На глаз не очень на много. Ну, скажем, на 20% . Ноги у нас две, и того получается общая площадь моей опоры на землю равна 280*2/20% = 448 см 2 или 0,045 м 2 . Мой вес составляет 75 кг (и мне было не просто его достичь). Таким образом, нагрузка, которую я оказываю на почву, равна 75/448 = 0,167 кг на см 2 .

А какую нагрузку на почву оказывают другие знакомые нам предметы?

Со мной все понятно. Я давлю на каждый см 2 почвы весом в 167 грамм , и это совсем не много. Это позволяет мне не оставлять на почве глубоких следов. А вот мой автомобиль тоже не проваливается и тоже стоит во дворе и не оставляет на земле следов. Какую же он оказывает нагрузку на грунт? У автомобиля 4 точки опоры, площадь которых подсчитать очень сложно. Как вы понимаете, опорой для автомобиля выступают так называемые “пятна контакта” резиновых колес с почвой. Как подсчитать площадь этих пятен – я даже не представляю. Но приблизительно можно попробовать. Ширина колеса 205 мм . Я вот сейчас перекрещусь и буду считать, что пятно каждого колеса составляет прямоугольник 210 на 100 мм . Интересно, на сколько я ошибся? К тому же пятна передних колес, наверное, больше по площади пятен задних колес. Вес автомобиля 1200 кг . Считаем.

  • Площадь одного пятна (в см): 21*10 = 210 см 2
  • Площадь четырех пятен: 210*4 = 840 см 2
  • Нагрузка автомобиля на почву: 1200/840 = 1.42 кг/см 2

Напомню, что все предыдущие и весьма занимательные вещи мы считали для одной только цели – рассчитать фундамент здания по той нагрузке, которую он будет оказывать на почву. Вопрос об определении степени трудносжимаемости грунта мы пока оставим в покое. Надо же понять сначала, с какой нагрузкой мы дело имеем.

Считать площадь опоры фундамента – одно удовольствие. Там все прямо и перпендикулярно. Считать вес дома – тоже особого труда не представляет. В любом случае можно прикинуть вес, а потом пару тонн добавить. На погрешности, на мебель и на себя любимых.

Для простоты расчетов возьмем простой прямоугольный дом 10Х10 метров. Причем домик наш будет стоять на фундаменте из бетонных блоков. Толщина фундамента 30 см . Высота фундамента вместе с цоколем составляет 1,5 метра . Стены нашего дома выложены из пенобетона плотностью 600 килограмм в кубе . Толщина стен 20 см Коробка высотой 6 метров . Не забудем про фасады из тех же блоков – два треугольника высотой 4 метра . Стропилы и крыша из ондулина. На всякую сопутку типа балок для пола, половых досок и всего такого добавим полторы тонны . Это 2 куба дерева . Ну и как обещал, еще пару тонн на все про все. Кстати, домик не маленький получается.

  • Площадь основания (см 2 ): (1000*4)*30 = 120 000 см 2 (Сто двадцать тысяч)
  • Площадь основания (м 2 ): (10*4)*0,3 = 12 м 2
  • Объем (м 3 ): 12*1,5 = 18 м 3
  • Плотность бетонных фундаментных блоков: 2200 кг/м 3 (это тяжелые блоки)
  • Вес фундамента: 18*2200 = 39 600 кг
  • Площадь основания (см 2 ): (1000*4)*20 = 80 000 см 2 (Восемьдесят тысяч)
  • Площадь основания (м 2 ): (10*4)*0,2 = 8 м 2
  • Объем (м 3 ): 8*6 = 48 м 3
  • Плотность наших пенобетонных блоков: 600 кг/м 3
  • Вес коробки: 48*600 = 28 800 кг

Нас интересует только их вес. Треугольники у нас равнобедренные сложим их так, чтобы получился параллелограмм с основанием 10 метров и высотой 4 метра

  • Площадь основания (см 2 ): 1000*20 = 20 000 см 2 (Двадцать тысяч)
  • Площадь основания (м 2 ): 10*0,2 = 2 м 2
  • Объем (м 3 ): 2*4 = 8 м 3
  • Плотность наших пенобетонных блоков: 600 кг/м 3
  • Вес обоих фасадов: 8*600 = 4 800 кг
Читайте так же:  Люмбаго с ишиасом учащенный пульс и давление

Площадь нашей кровли составляет примерно 130 м 2 . Я, когда считал, имел ввиду, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов (теорема Пифагора)
Вес ондулина по моим источникам всего 3,3 кг на квадратный метр. Итого вес кровли составит 130*3,3 = 429 кг .

Итого вес дома составит: 39600 + 28800 + 4800+ 429 + 3500 = 77 129 кг (Семдесят семь тысяч сто двадцать девять) или 77 тонн .

А вот теперь самое интересное. Будем рассматривать различные варианты фундаментов

[3]

Наш дом на простейшем ленточном фундаменте: 77129/120000 = 0,64 кг/см . Всего в 4 раза больше, чем человек на почву. И значительно меньше, чем автомобиль.

Наш дом на фундаменте с подушкой (ширина фундамента увеличивается с 30 до 40 см ) Будем считать, что вес дома не меняется. Тогда новая площадь основания составит: (1000*4)*40 = 160 000 см 2 и нагрузка уменьшится до 77129/160000 = 0,48 кг/см . Всего в 2,8 раза больше, чем человек на почву.

А какая ширина должна быть у нашего фундамента, чтобы наш дом оказывал давление на почву не больше, чем человек среднего веса? Надо составить уравнение. 77129/4000*X = 0,167 .
Отсюда Х = 77129/0,167/4000 = 115 см . Напомню. Именно такова должна быть толщина основания фундамента нашего дома, чтобы он оказывал давление на почву не большее, чем человек. Другими словами, если мы при этих условиях поставим наш дом на газоне, то дом даже не продавит дерн! Мы же не продавливаем, когда на газоне стоим?

А теперь давайте представим себе, что мы сделали не крутой, а очень крутой фундамент. Мы выкопали котлован, налили на его дне сплошную бетонную плиту, а на ней выстроили дом. Плита не толстая. Всего 10 см толщиной.

Пллощадь плиты: 1000*1000 = миллион квадратных сантиметров или 100 м 2
Объем: 100*0,1 = 10 м 3 и вес (бетон на щебне): 10*2200 = 22 000 кг . Это добавка к весу дома с фундамеитом
Нагрузка: 77129+22000/миллион = 0,1 кг/см 2 (Нагрузка на землю человека 0,167 кг/см 2 )

И напоследок давайте посчитаем нагрузку того же дома на фундаменте столбчатом. Здесь нам надо пересчитать все, что касается фундамента. Будем считать, что от нашего полутораметрового фундамента остался только ростверк и цоколь. Итого 0,75 метра . Столбы будем использовать диаметром 30 см и длиной 2 м . Столбы будут заполнены бетоном и расположены на расстоянии метра друг от друга. Таким образом, у нас будет (чтобы не заморачиваться) 40 (+-1) столбов

Вес цоколя и ростверка: 19 800 кг
Объем одного столба 0,14 м 3 . Вес 310 кг (округленно). Общий вес столбов 12 400 кг .
Вес фундамента 32 200 кг , а был 39 600 кг .
Вес дома стал 69 729 кг , а был 77 129 кг

Площадь одного столба 3,14*15*15 = 706,5 см 2
Площадь опоры: 706,5 * 40 = 28 260 см 2 , а было 120 000 см 2 (. )

Нагрузка на сантиметр: 69 729/28 260 = 2,46 кг/см 2 (. ), а было 0,64 кг/см 2 , то есть, почти в 4 раза больше.

Вот во столько же раз увеличится и риск трещин и просадок.

Выкинем ростверк с цоколем. Будем жить на столбах, как куры на насесте. тогда дом станет весить на 20 тонн меньше и общий вес дома получится 49 929 кг и нагрузка станет всего-то 1,76 кг/см 2 , что, положа руку на сердце, тоже довольно много.

А выводы просто возбуждающе ошеломляющие.

  • Если отвлечься от сезонного пучения грунта, например, построить дом из дерева, то, сделав не слишком уж широкий фундамент, можно действительно обойтись вообще без фундамента, ибо нагрузка дома на грунт вполне сравнима с нагрузкой, которую на грунт оказывает вполне стройный мужчина.
  • У нас все-таки и дом великоват (три этажа) и фундамент тяжеловат (мы могли бы с таким же успехом использовать и пустотные бетонные блоки). И все равно даже такой дом можно строить на мелкозаглубленном ленточном фундаменте. К слову, вес фундамента можно легко уменьшить в 2 раза . Я там все по максимуму считал.
  • Нет абсолютно никакого смысла в строительстве фундаментой плиты, ибо цена строительства не сравнима с полученным эффектом. Вполне можно обойтись тем, чтобы поставить первый слой бетонных блоков поперек и устроить тем самым фундаментную подушку. А в большинстве случаев можно и без этого вполне обойтись.
  • Столбчатые фундаменты надо использовать с большой, просто огромной осторожностью, что я и писал в статье про этот тип фундаментов. Теперь, по крайней мере, понятно, что имелось ввиду.

Как измерить, или хотя бы оценить степень сжимаемости грунта

Полагаю, надо сделать некий щуп с площадью основания сантиметров 10 на 20 ( 200 см 2 ) и нагрузить его хорошим весом. Скажем 200 кг . Тогда нагрузка на один сантиметр будет ровно 1 килограмм. После этого линеечкой, а лучше штангеном, конечно, померить, на сколько основание ушло в грунт. Из полученной величины можно сделать вывод о трудносжимаемости грунта. И замеров надо сделать несколько и в разных местах, чтобы репрезентативность измерений сохранить и чтобы продажной девкой наш щуп никто не назвал бы. Причем основание щупа можно сделать меньше, чтобы меньше использовать вес. Но при этом нужно глобально увеличить количество измерений, ибо грунт – сами понимаете, штука неравномерная и вполне может оказаться, что на большой площади наши замеры имеют довольно значительную погрешность. Заметим, что в случае со строительством столбчатого фундамента вес надо не уменьшать, а увеличивать, причем значительно.

Но я, как принципиальный противник слишком уж научных методов в нашем с вами строительстве, предлагаю на эти чудо-приборы не заморачиваться, а оценивать трудносжимаемость грунта на глаз, то есть постояв, попрыгав и посмотрев, остаются ли после этого на земле следы.

Ну, конечно, я сделал некоторые допущения, о которых хотелось бы сказать. Так реально большой дом в два полных этажа обычно бывает с капитальной стеной. Эта капитальная стена добавит и веса нашему дому, но и площади основания. Разница получится не большая, но кому интересно – советую не пренебрегать проектом дома и все очень аккуратно считать.

Материал по расчету фундаментов, который вы только что прочитали, может помочь не только в выборе и расчете фундамента, но также и в выборе и расчете материалов для фундамента и стен. Удивительно, но деревянный дом не будет на на много легче пенобетонного. А использование полнотелых блоков в фундаменте вообще неоправдано. Опять же разброс в плотности фундаментных блоков тоже довольно велик. Рекомендую интересоваться спецификациями производителей.

Читайте так же:  Можно ли париться в бане при гипертонии

Надеюсь, что этот материал кого-то позабавил, кому-то открыл глаза, а кому-то и помог сделать правильный выбор.

Обожающий все десять цифр и их сочетания
Дмитрий Белкин

Определение давления, оказываемого человеком на почву.

Цель работы: определить давление, оказываемое человеком на почву, стоя на одной ноге, на двух ногах, в состоянии лежа.

Приборы и материалы: миллиметровая бумага, линейка.

Содержание и метод выполнения работы.

Под действием силы тела деформируются. Иногда деформация такова, что приводит к разрушению поверхности взаимодействующих тел (разрушается лед при ходьбе по нему, появляются следы на снегу и песке и т.д.). Но действие силы может быть и таким, что разрушение поверхности происходить не будет. Например, человек на лыжах. Таким образом, разрушающее действие силы на тело определяется материалом поверхности, значением силы и площади, по которой распределена эта сила.

Отношение силы, действующее на поверхность, к площади поверхности называют давлением.

Единица давления, как и сама величина, является производной. За единицу давления Паскаль (Па) принято давление, вызываемое силой 1 Н, распределенной по поверхности площадью 1 м².

Чтобы лично вы, стоя на лыжах, производили давление около 1 Па, вам понадобятся «лыжи» площадью около 600 м².

Порядок выполнения работы.

1. Возьмите листок бумаги и очертите контуры вашей ноги.

2. Определите площадь вашей ноги по этому очертанию в сравнении с 1 см².

3. Используя весы, определите свою массу. Вычислите силу, с которой вы действуете на почву.

4. Рассчитайте давление, оказываемое вами на почву, если вы стоите на одной ноге, на двух ногах.

5. Результаты занесите в таблицу.

6. Сделайте вывод о давлении человека на землю при ходьбе, беге, в положении стоя на двух ногах.

Определение атмосферного давления.

Цель работы: определить атмосферное давление.

Приборы и материалы: барометр – анероид.

Содержание и метод выполнения работы.

Как известно, атмосфера- это воздушная оболочка Земли. Атмосфера состоит условно из следующих слоев: тропосфера, стратосфера, термосфера и ионосфера. Атмосфера удерживается около Земли силой тяготения и оказывает давление на все тела, которые в ней находятся.

Прибор для измерения атмосферного давления носит название барометр. Единицей атмосферного давления служат мм.рт. ст или Па. 1 мм.рт.ст = 133.3 Па

В нашей работеизмерение производится при помощи барометра – анероида. Прибор располагается горизонтально. Атмосферное давление измеряется в паскалях (Па), миллибарах (мб), и миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст). Величины связаны между собой следующим образом:

1 мм.рт.ст. = 1,33 мб

1 мм.рт.ст. = 133 Па

Нормальным атмосферным давлением на уровне моря считается давление 760 мм.рт.ст. Для каждой местности нормальное давление свое, т.к в зависимости от высоты изменяется давление (при повышении высоты на 10,5 метров давление понижается на 1 мм.рт.ст.)

Повышенное или пониженное давление определяет атмосферный фронт. Пониженное давление – признак циклонального фронта, повышенное антициклонального. Циклон – приток воздуха, связанный с областью пониженного давления; антициклон – отток воздуха, связанный с областью повышенного давления. Наличие того или иного фронта позволяет прогнозировать погоду местности.

Порядок выполнения работы.

1. Выберите объекты исследования, 3-4 контрольных точки (лес, низина, опушка, ручей и т.д.)

2. Подготовьте барометр – анероид к работе.

3. Измерьте атмосферное давление в первой контрольной точке. Повторите измерения в радиусе 10-12 м 3-4 раза.

4. Вычислите среднее значение атмосферного давления в этой точке.

[2]

Каково давление на грунт у различных транспортных средств?

Давлением на грунт определяется проходимость транспортного средства. Каково давление на грунт у различных транспортных средств?

В абсолютных величинах и по сравнению с человеком. Например: велосипеда, легковой машины, грузовика, танка?

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fcdn01.ru%2Ffiles%2Fusers%2Favatars%2F7%2F2%2F6%2F72600_42

Проходимость транспортного средства определяется соотношением прочности грунта и давления на грунт.

Давление на грунт различных транспортных средств, кгс/см2

Взрослый человек 0,35

Jeep Wrangler, «Нива» на гусеницах Wheeltracks 0,159

ВАЗ-2121 «Нива», колеса 31х10,5, давление 0,5 атм 0,48

Трелевочный трактор ТЛТ-100А 0,3

Бронированный вездеход МТ-ЛБМ 0,46

Сочлененный вездеход «Витязь» ДТ-10П 0,24

Легковой малолитражный автомобиль 1,3

Очевидно чем больше площадь опоры тем меньше давление на грунт при равном весе.

Потому на вездеходы ставят либо большие колеса с низким давлением в шинах что бы шину расплющивало на большую площадь контакта с поверхностью. Либо широки гусеницы. Для каждого ТС надо считать давление на грунт. Разделив их массу на площать опоры.

С ходу можно уверенно сказать, что у вездеходов, болотоходов и тп. Давление на грунт меньше всего.

Калькулятор рассчитывает давление в гравитационном поле тела заданной массы на поверхность заданной площади. Результат выводится в разных единицах давления.

Калькулятор рассчитывает давление оказываемое телом заданной массы на поверхность заданной площади в гравитационном поле.

Приведем определение давления из Википедии.
Давление — физическая величина, равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы, действующей на малый элемент поверхности, к его площади:

Среднее давление по всей поверхности есть отношение силы к площади поверхности:

Для тела, находящегося в гравитационном поле, сила, действующая на площадь, известна — это его вес, или
, где g — ускорение свободного падения, метр, на секунду в квадрате.

Таким образом, итоговая формула давления тела на поверхность:

По умолчанию значение g в калькуляторе равно 9.80665, что примерно соответствует гравитационному полю Земли. Значение площади примерно соответствует площади подошв взрослого человека.
Ответ выдается в метрических единицах, паскалях, ну и для удобства в некоторых других единицах измерения давления, используемых в калькуляторе Конвертер единиц давления

Рабочая тетрадь по физике 7 класс Т.А. Ханнанова (к учебнику А.В. Перышкина)

35.1. Закончите фразы, вычеркнув из выделенных слов не подходящие по смыслу.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F1-81


35.2. Запишите значения давления в указанных единицах по приведенному образцу.
Давление человека на грунт примерно равно

а) Давление фундамента Останкинской телевизионной башни на почву равно

б) Давление колеса железнодорожного вагона на рельсы может достигать
в) Давление резца на деталь в станке может быть равно

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F2-75
35.3. Рассчитайте давление, производимое силой 1Н на поверхность площадью:

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F3-64

35.4. Угольник массой 10 г имеет катет длиной а = 20 см. Определите давление на стол этого угольника.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F4-47

35.5. Ножки стола имеют форму квадрата со стороной 10 см, крышка стола – форму квадрата со стороной 80 см. Давление стола, стоящего на четырех ножках, равно 5 кПа. Каким станет давление стола на пол при переворачивании его на крышку?

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F5-32

Нет тематического видео для этой статьи.
Видео (кликните для воспроизведения).


35.6. На горизонтальной поверхности стола находятся два кубика разных размеров, изготовленных из одного и того же материала плотностью p. Длина ребра первого кубика равна а, второго кубика – 2а.
Запишите формулу, по которой можно рассчитать давление каждого кубика на стол:

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F6-23

Читайте так же:  Рибоксин повышает давление

35.7. Какое давление оказывает квадратный лист фанеры на пол? Массой листа можно пренебречь.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F7-20


36.1. На рисунке показаны следы на песке от спущенного (рис. а) и надутого (рис. б) мяча. Оцените, как изменилось давление мяча на грунт после того, как его надули, заполнив пропуски в тексте.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F8-14


36.2. Закончите текст. «У грузовика по сравнению с легковым автомобилем масса больше в 3 раза, а площадь соприкосновения колес с дорогой больше в 4 раза».

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F9-11


36.3. Если автомобилю требуется проехать по мягкому грунту, то что лучше сделать – выпустить часть воздуху из шин его колес или подкачать их? Ответ обоснуйте.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=http%3A%2F%2Fkupuk.net%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F02%2F10-9

36.4. Найдите давление спичечного коробка, заполненного солью, на кухонный стол в трех положениях, показанных на рисунке. Масса коробка с солью m = 16 г, размеры h = 5 см, l = 4 см и c = 1 см.

В каком-то смысле сельскохозяйственную технику можно отнести к вездеходной. Перед ней стоят те же задачи – эффективно проходить как качественные асфальтированные дороги, так и влажный грунт, в котором можно увязнуть. Различие существует лишь в исполняемых машинами функциях. Удельное давление можно рассчитать для любого средства передвижения, и сегодня мы напомним, как и зачем его просчитывать. Также разберём способы снижения давления и последствия пренебрежения этим фактором на полях.

Удельное давление

Изначальная суть снижения давления на грунт – это необходимость просто пробраться сквозь непригодный для проезда участок. То есть, увеличить проходимость машин. Перспектива застрять в грязи посреди леса мало кого может обрадовать. В военное время проблема стоит ещё острее. Чтобы с ней разобраться, конструкторы принялись изобретать альтернативные обыкновенным колёсам движители.

Самый простой и действенный способ снизить нагрузку без глубинной модернизации техники – увеличить площадь их опоры на поверхность земли. Понимание относительно примитивных физических законов помогло создать несколько альтернативных вариантов движителей.

Были разработаны шины сверхнизкого давления, которые меняют форму под давлением веса машины, и существенно увеличивают площадь контакта с поверхностью. Для легковых автомобилей – это наиболее простое и эффективное решение. Установил подходящие шины, и любая местность нипочём.

Но что делать с габаритной военной, строительной или сельскохозяйственной техникой, вес которой может превышать 10, а то и 30 тонн? Для сверхтяжёлых агрегатов были разработаны гусеничные ленты, которые хоть и увеличивали вес машин, но распространяли опорное давление по площади. Контакт приходится не на 4 колеса (точки), а распространялся вдоль всей машины (как с лыжами).

Самый простой способ понять, как распределяется опорное давление – представить передвижение по снежным сугробам. Пешком человеку необычайно трудно преодолевать сугробы метровой глубины. Но что произойдёт, если он встанет на лыжи? Опорное давление перестанет быть точечным, и распределиться на несколько метров в длину. Кажется, что удельное давление таким образом может сниться в 1,5-2 раза, но в действительность оно снизится ровно в 15 раз. С 0,60 до 0,04.

Для вычисления удельного давления на грунт достаточно разделить фактический вес объекта на площадь опоры. Если речь идёт об автомобиле, то площадь всех его колёс может достигать, например, 1 метра квадратного. То есть, 1000 кв. см. Для упрощения представим, что масса машины – ровно 1,5 тонны. Разделив 1500 кг на 1000 кв. см., получаем 1,5 кг на квадратный сантиметр удельного давления.

Соответственно, чем ниже вес агрегата, и чем больше площадь контакта, тем ниже давление. И если механику-водителю танка глубоко плевать на то, что будет с почвой, по которой он проедет, то оператор трактора сильно обеспокоен этим вопросом. Точнее обеспокоен его работодатель, который не сможет выращивать сельхозкультуры на загубленном поле, и потеряет деньги.

Для сельскохозяйственной техники низкое удельное давление на почву – ключевой фактор. Всё земледелие базируется на здоровой структуре почвы и качественном усвоении микроэлементов растениями. При этом для обработки этой самой почвы, внесения удобрений и семян нередко используется крупногабаритная техника.

Чтобы экономить драгоценное время, крупные хозяйства используют мощные европейские тракторы именитых марок и соответствующее прицепное оборудование. Оно может охватывать в ширину сразу 10 и более метров площади за один проход. Естественно вместе с мощью растёт и вес агрегатов, что становится серьёзной проблемой на слабонесущих, нежных грунтах. Уплотнения на большой глубине чреваты гибелью посевов и потерями огромных прибылей. При этом исправить их вспашкой невозможно, ибо речь идёт о глубине в 1,5-2 метра.

На сегодняшний день человеку доступны 4 способа снизить удельное давление:

  1. Увеличить диаметр колёс;
  2. Использовать шины максимально низкого давления;
  3. Увеличить количество колёс;
  4. Использовать резиновые гусеничные траки.

Каждый из вариантов имеет ряд преимуществ и помогает многократно снизить удельное давление. Однако выгода у перечисленных вариантов не равнозначна. Очевидно, что к крупным гусеничным тракам на резиновой основе по эффективности не может приблизиться ни один другой способ. Какими бы огромными и широкими ни были колёса, они всё равно заметно повышают вес техники. Тем самым снижая собственную эффективность.

С гусеницами, как у John Deere 8RT вес ещё и грамотно балансируется между двигателем спереди, и намеренно увеличенной рамой для передачи веса на кормовую часть трактора.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fenduratracks.com%2Fwp-content%2Fuploads%2F2018%2F10%2Ffiches_DSC_1194-2-300x169

Доказывать превосходство резиновых гусеничных лент просто не требуется. Достаточно самостоятельно взять свою технику, и подсчитать для неё удельное давление при всех возможных вариантах. Гусеницы будут превосходить конкурентов не в процентном сообщении, а кратно. Математику не обманешь.

Танки и по сей день оснащаются преимущественно стальными траками, так как защита в данном случае имеет первостепенной значение. При этом масса траков из металла может достигать 25-30% от всего веса танка. Это оправданный компромисс, на который пригодится идти в угоду безопасности и проходимости.

В мирном же поле, засеянном пшеницей, защита не требуется. Единственная угроза, которая может настигнуть комбайн или трактор – это крупный камень. На этот счёт ленты делают армированными, чтобы исключить любую вероятность разрыва. Вес от этого увеличивается на смехотворные значения, зато повреждения практически исключаются.

В итоге на мощный трактор, оснащённый резиновыми траками можно водрузить многотонное прицепное оборудование. При этом не переживая о возможном повреждении структуры почвы, и уж тем более уплотнениях на большой глубине.

Даже если колёсный трактор оснащён множеством колёс на одной оси, его опора распределяется недостаточно равномерно, а сама тяговая мощь существенно падает. В результате многоколёсные тракторы-монстры оснащаются экспериментальными двигателями по 800 и более лошадиных сил. При этом гусеничный трактор, который на 25% слабее этих монстров в сырой мощи, выполняет ту же работу гораздо увереннее и с большей непринуждённостью. Для примера можно взять “малыша” Challenger MT800.

Читайте так же:  Комбинированные лекарства от гипертонии

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F1%2F15%2FChelovek_na_lyzhah_i_bez.jpg%2F220px-Chelovek_na_lyzhah_i_bez

По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.

Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).

Этот вывод подтверждают физические опыты.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2Fd%2Fde%2FOpyt_s_gvozdyami_i_doskoy_v_peske.jpg%2F220px-Opyt_s_gvozdyami_i_doskoy_v_peske

По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F2%2F27%2FOpyt_s_gvozdyami_i_doskoy_v_peske_2.jpg%2F220px-Opyt_s_gvozdyami_i_doskoy_v_peske_2

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.

В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:

давление = сила / площадь.

Обозначим величины, входящие в это выражение: давление – p, сила, действующая на поверхность, – F и площадь поверхности – S.

Тогда получим формулу:

Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.

За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 перпендикулярно этой поверхности.

Единица давления – ньютон на квадратный метр ( 1 Н / м 2 ). В честь французского ученого Блеза Паскаля она называется паскалем (Па). Таким образом,

Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).

Пример. Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, масса которого 45 кг, а площадь подошв его ботинок, соприкасающихся с полом, равна 300 см 2 .

Запишем условие задачи и решим её.

Дано: m = 45 кг, S = 300 см 2 ; p = ?

В единицах СИ: S = 0,03 м 2

P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,

p = 450/0,03 Н / м 2 = 15000 Па = 15 кПа

‘Ответ’: p = 15000 Па = 15 кПа

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 – 50 кПа, т. е. всего в 2 – 3 раза больше, чем давление мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь за счёт гусеничной передачи. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм 2 , то давление, производимое ею, равно:

p = 50 Н/ 0, 000 001 м 2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. – все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F4%2F41%2FMolekuly_besporyadochno_dvizhutsya.jpg%2F180px-Molekuly_besporyadochno_dvizhutsya

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F7%2F73%2FOpyt_s_rezinovym_sharikom.jpg%2F150px-Opyt_s_rezinovym_sharikom

Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см 2 за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, — оно и создает давление газа.

[1]

Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.

Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.

Как объяснить этот опыт?

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F6%2F6d%2FStalniye_ballony_dlya_gaza.jpg%2F150px-Stalniye_ballony_dlya_gaza

В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Читайте так же:  Какое нормальное давление для мужчины 40 лет

Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.

На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.

Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда – давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.

Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большее давление.

Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются.

Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газовые баллоны нельзя нагревать, тем более, когда они заполнены газом. Потому что, как мы уже понимаем, может произойти взрыв с очень неприятными последствиями.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F1%2F17%2FPeredacha_davleniya.jpg%2F160px-Peredacha_davleniya

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2Fa%2Fa7%2FOpys_s_davleniyem_na_vodu.jpg%2F130px-Opys_s_davleniyem_na_vodu

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F4%2F49%2FOpyt_s_davleniyem_na_gaz.jpg%2F130px-Opyt_s_davleniyem_na_gaz

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях.

Это утверждение называется законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Изображение - Давление человека на почву proxy?url=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikiversity%2Fru%2Fthumb%2F4%2F4e%2FOpyt_s_vodoy_i_trubkoy.jpg%2F170px-Opyt_s_vodoy_i_trubkoy

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому, каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создает давление, которое по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.

В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.

Нет тематического видео для этой статьи.
Видео (кликните для воспроизведения).

Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.

Источники


  1. Чазов, Е.И. Болезни сердца и сосудов / Е.И. Чазов. – М.: Медицина, 2018. – 512 c.

  2. Кьеркегор Серен Болезнь к смерти; Академический Проект – , 2012. – 160 c.

  3. Диагностика и лечение внутренних болезней. Руководство для врачей. В трех томах. Том 1. Болезни сердечно-сосудистой системы, ревматические болезни. – М.: Медицина, 1999. – 560 c.
Изображение - Давление человека на почву 34534645735234
Автор статьи: Иван Воронков

Позвольте представиться – Иван. Более 8 лет занимаюсь работаю семейным врачом. Считая себя профессионалом, хочу научить всех посетителей сайта решать разнообразные задачи. Все данные для сайта собраны и тщательно переработаны с целью донести как можно доступнее всю необходимую информацию. Перед применением описанного на сайте всегда необходима консультация с профессионалами.

Обо мнеОбратная связь
Оцените статью:
Оценка 4.9 проголосовавших: 8

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here