Rõhk

Pehmet saia on kõige parem lõigata hästi terava noaga. Lõigates saia nüri noaga, vajub sai lihtsalt kokku ning lõikamisest ei tule midagi välja. Mida füüsika selle kohta ütleb?


Saia lõikamine nüri noaga.	Saia lõikamine terava noaga.

Terava ja nüri noaga lõikamise erinevus seisneb selles, et nugade kokkupuutepindala saiaga on erinev ning lõikekohas avaldatakse saiale küll sarnast jõudu, aga väga erinevat rõhku.

Rõhk iseloomustab rõhumisjõu mõju pinnale. Rõhk arvutatakse jagades rõhumisjõu pindalaga, millele jõud mõjub.

r ˜ o hk = \frac{j ˜ o ud}{pindala}

Rõhku tähistatakse tähega p, jõudu tähega F ning kokkupuutepindala tähega S. Seega saame avaldada rõhu valemina

p = \frac{F}{S}

Rõhu ühik on paskal (lühend Pa). Rõhk üks paskal näitab seda, et ühele ruutmeetrisele pinnale rõhub jõud üks njuuton:

1 Pa = \frac{1 N}{m^{2}}

Terava noaga lõigates on noa ja saia kokkupuutepindala hästi väike ning lõikekohas saiale avaldatav rõhk on seega palju suurem kui nüri noaga lõigates.

Samamoodi tuleb rõhuga arvestada ka põllutöömasinate ehitamisel. Traktoritel on enamasti suured ja laiad rehvid just seetõttu, et traktori rõhk maapinnale oleks võimalikult väike. Mida väiksema rõhuga traktor maapinda mõjutab, seda vähem vajub traktor pehmesse pinnasesse ning vajutab seda vähem kokku.

Kui autos ei ole turvapatja, lendab autojuht autode kokkupõrkel vastu rooli (nüüd me juba teame, et selles avaldub keha inertsus). Kuna inimese ja rooli vaheline kokkupuutepindala on väike, mõjub seal inimesele suur rõhk – seetõttu võivad näiteks roided murduda.


Rõhk ja turvapadi	Lumeräätsad. Nendega on hea lume peal käia.

Kui autos on turvapadi, siis lendab inimene avarii korral vastu turvapatja. Kuna turvapadja ja inimese vaheline kokkupuutepindala on palju suurem, siis mõjub inimesele palju väiksem rõhk ning vigastused, mis võivad tekkida, on samuti palju väiksemad.

Näiteid rõhu hindamise kasulikkusest on lõputult. Terav või nüri naaskel, lumeräätsad, tikk-kontsad ...

Mitu korda suuremat rõhku avaldab $50 kg$ kaaluv õpilane põrandale, kui ta tooliga kiigub võrreldes sellega, kui ta toolil istub? Neljal jalal seistes on tooli ühe jala ja põranda kokkupuutepindala $3 {cm}^{2}$ . Kiikudes on tooli ühe jala ja põranda kokkupuute pindala umbes $0, 1 {cm}^{2}$ . Tooli massi võib antud ülesandes jätta arvestamata.

Lahendus

Kui õpilane istub toolil, mõjutab tool põrandat nelja jalaga, seega kogu kokkupuutepindala on $S_{1} = 4 \cdot 3 {cm}^{2} = 12 {cm}^{2}$ . Kiikudes toetab tool põrandat kahe jalaga, seega kokkupuutepindala on $S_{2} = 2 \cdot 0, 1 {cm}^{2} = 0, 2 {cm}^{2}$ .

Andmed

$m = 50 k g$
$S_{1} = 4 \cdot 3 {cm}^{2} = 12 {cm}^{2} = 0, 0012 m^{2}$
$S_{2} = 2 \cdot 0, 1 {cm}^{2} = 0, 2 {cm}^{2} = 0, 00002 m^{2} - ------------------------------------------ -$
$p_{1} - ?$
$p_{2} - ?$

Arvutused:

$p = \frac{F}{S}$

$F = m g = 50 kg \cdot 9, 8 N/kg = 490 N$

$p_{1} = \frac{F}{S_{1}} = \frac{490}{0, 0012} = 408333 Pa = 408 kPa$

$p_{2} = \frac{F}{S_{2}} = \frac{490}{0, 00002} = 24500000 Pa = 24500 kPa$

$k = \frac{p_{2}}{p_{1}} = \frac{24500}{408} = 60 korda - ------- - - ------- -$

Vastus. Tooliga kiikudes avaldab õpilane põrandale $60$ korda suuremat rõhku kui rahulikult toolil istudes.