Tlak a síla

Tlačím na dveře, nebo na ně působím silou? To je dobrá otázka. Je přece jedno jestli něco tahám, tlačím, ne? Ano, je to jedno. Tak jaký je rozdíl mezi sílou a tlakem? Zjisti to v následujícím pokusu.

Pokus 1: Vezmi si nějaký těžký předmět, třeba nějakou pořádnou knihu. Polož si tu knihu na ruku. A chvíli vnímej, jak ti kniha tlačí na dlaň. Teď si vezmi tužku, přidrž si ji na ruce a knihu pokládej na tu tužku. Co cítíš teď?

Co jsme zjistili tímto pokusem? Zjistili jsme jaký je rozdíl mezi silou a tlakem. Kniha byla v obou případech stejně těžká. Působila na naši ruku tedy stejnou silou (F = m * 10 [N]). Přesto jsme cítili pokaždé něco jiného. V jednom případě nás to skoro bolelo. Proč? Protože tlak. Přes tužku nám kniha tlačila více, než když jsme ji měli položenou celou.

Tlak tedy souvisí se silou – čím těžší knihu použijem, tím větší silou bude působit a tím více bude tlačit. Tlak ale též závisí na ploše na kterou ta síla působí. Jak zjistíš v pokusu 2, kde porovnáme plochu dlaně a plochu  Plocha je jiné slovo pro obsah. A obsah v podstatě počet čtverečků.

Pokus 2: Vezmi si čtverečkový papír a obkresli na něj svou ruku. Pak spočítej kolik čtverečků obsahuje nakreslená ruka. Nemusí to být přesně, čtvereček sem čtvereček tam. Pak bodni tužkou na papír a zjisti kolik čtverečků obsahuje ten bod co tam vznikl.

Který obsah byl větší? Obsah ruky, nebo obsah hrotu tužky? Asi víc čtverců zabrala ruka než hrot tužky. A co bolelo více? Když kniha tlačila na celou ruku, nebo když tlačila na přes hrot tužky?

Působí-li na něco síla (kniha na ruku), pak větší tlak docílíme tak, že zmenšíme plochu na kterou ta síla působí. Tuto závislost vyjádříme zlomkem:

tlak = síla / plocha

Pohádka na dobrou noc
Žil byl jeden chlapec jménem Paskal. Jednou, když byla tuhá zima, vydal se svým kamarádem Izákem na zamrzlý rybník. Izák se divil zvláštním botám, které si Paskal zrovna šněroval na nohy.
„To je novinka. Říká se tomu brusle. Uvidíš jak pofičím. Nebudeš mi na těch lyžích stíhat.“ chlubil se Paskal dárkem, který dostal pod stromeček.
„A myslíš, že je to bezpečné?“ tázal se Izák nedůvěřivě.
„No pravda, trochu jsem se potlouk, než jsem se na tom naučil jezdit.“ přiznal Paskal
„Já spíš myslel, jestli ty nože nemohou nějak nařezat led… abychom se neprobořili.“ uvažoval Izák
„Ale ne. Však je to stejně bezpečné jak ty tvoje lyže. Vážíme stejně. A podle té tvoji teorie, musíme na led  působit stejnou silou, ne?“  Hájil Paskal své brusle.
„No to jo, to máš pravdu.“ Uznal Izák dobrý argument svého kamaráda.
A tak šli jezdit na rybník. Izák Paskalovi vyprávěl jak mu v létě spadlo jablko na hlavu. Paskal mu zas předváděl, jak rychle se dá jezdit na bruslích. Pak společně diskutovali o tom, čím to je, že jsou brusle o tolik rychlejší než lyže. Když už byli docela vymrzlí a vydali se ke břehu.
„Schválně, stihnu ti sníst svačinu, než dorazíš?“ zavolal Paskal a vyrazil na bruslích rychle ke břehu. Izáka nechal daleko za sebou. Když už byl Paskal několik metrů od břehu, ozvalo se „Prásk, puk, gřuch a šplouch.“ a Paskal skončil ve vodě. Naštěstí tam nebyla velká hloubka, ale i tak byl celý zmáčený a nedařilo se mu vyškrábat zpět na led. Po chvíli k němu dorazil Izák a pomohl mu ven. Oba pak rychle pospíchali domů, aby Paskal nedostal zápal plic. Nad šálkem horkého čaje pak oba horlivě diskutovali o tom co se ten den vlastně stalo. Izák Newton ten večer konečně sepsal svou teorii o síle:

F = m * 10

A Paskal z ní odvodil tlak – což je, jak už víme, síla působící na plochu.

p = F / S

A podle těch dvou se dodnes jmenují jednotky. Síla se udává v Newtonech (značí se N) a tlak v Pascalech (značí se Pa).

Kolik je jeden Paskal?

Tlak velikosti jednoho Paskalu je docela malý. Opovídá síle jednoho Newtonu, která tlačí na jeden metr čtvereční.

1 Pa = 1N / 1m2

Moc sem nepomohla co? Kolik je jeden Newton (1N) bychom měli vědět z článku o síle a dá se jednoduše odvodit z Newtonova vzorečku (viz. vzorec 1 výše).  1N = 0.1 kg * 10 m/s2. A 0.1 kg jednoduše převedeme na gramy 0.1kg * 1000 = 100g.

Takže 100g položené na desce 1 x 1m, působí tlakem 1Pa. Stále se to špatně představuje? Tak si vystřihni z kartonu čtverec 10 x 10 cm. Takových čtverečků se ti do 1m2 vleze 100. Když jsme 100 krát zmenšili plochu, musíme 100 krát zmenšit i sílu, aby zůstal tlak stejný. Ze 100g máme najednou 1g. Takže jestli tvůj karton váží právě 1g, polož si ho na ruku a ucítíš tlak jendoho Paskalu.

Př.1: Zkus vypočíst jakým tlakem ti působila kniha na ruku v prvním pokusu.
Př.2: Spočítej jak velkým tlakem působíš na Zem, když stojíš na jedné noze.