在物理学中,压强是一个非常重要的概念,它描述的是单位面积上所受的压力大小。压强的计算公式为 \( P = \frac{F}{S} \),其中 \( P \) 表示压强,\( F \) 是作用力,而 \( S \) 则是受力面积。为了更好地理解这一物理量及其应用,下面我们将通过一些具体的练习题来巩固相关知识。
练习题一:基础计算
1. 一块砖平放在水平地面上,其重量为 20 牛顿(N),底面接触地面的面积为 0.5 平方米(m²)。求这块砖对地面产生的压强。
- 解答:根据公式 \( P = \frac{F}{S} \),代入数据可得 \( P = \frac{20}{0.5} = 40 \) 帕斯卡(Pa)。
2. 如果将同一块砖竖直立在地面上,此时底面接触面积减小到原来的四分之一,问此时砖对地面的压强是多少?
- 解答:当面积变为原来的四分之一时,新的面积 \( S' = \frac{0.5}{4} = 0.125 \, \text{m}^2 \),因此新的压强 \( P' = \frac{F}{S'} = \frac{20}{0.125} = 160 \, \text{Pa} \)。
练习题二:实际问题分析
3. 一个水箱装满水后总重达 1000 千克(kg),底部面积为 2 平方米(m²)。假设水箱均匀放置于平坦的地面上,请计算水箱对地面的压强。
- 提示:首先需要知道水箱的总重力 \( G = mg \),其中 \( m \) 是质量,\( g \approx 9.8 \, \text{m/s}^2 \) 是重力加速度。
- 解答:\( G = 1000 \times 9.8 = 9800 \, \text{N} \),于是压强 \( P = \frac{G}{S} = \frac{9800}{2} = 4900 \, \text{Pa} \)。
4. 在上述情况下,如果水箱的一侧被打开并逐渐放水至剩余一半,则水箱对地面的压强会如何变化?为什么?
- 解答:由于水箱的质量减少了一半,同时重力也随之减半,但底面积保持不变,因此压强也会相应减半。
练习题三:综合应用
5. 某种材料制成的立方体物体,边长为 0.2 米(m),密度为 \( 2.5 \times 10^3 \, \text{kg/m}^3 \)。将其放置在水平桌面上,求桌面受到的最大压强。
- 提示:先计算物体的质量 \( m = \rho V \),其中 \( \rho \) 是密度,\( V \) 是体积;再根据重力公式 \( G = mg \) 计算出重力,并利用压强公式 \( P = \frac{G}{S} \) 进行计算。
- 解答:体积 \( V = 0.2^3 = 0.008 \, \text{m}^3 \),质量 \( m = 2.5 \times 10^3 \times 0.008 = 20 \, \text{kg} \),重力 \( G = 20 \times 9.8 = 196 \, \text{N} \),最大压强 \( P_{\text{max}} = \frac{G}{S} = \frac{196}{0.008} = 24500 \, \text{Pa} \)。
6. 若该立方体物体以另一种方式放置(例如倾斜或部分悬空),则其对桌面的压强是否会改变?请说明原因。
- 解答:若物体倾斜或部分悬空,接触面积 \( S \) 将发生变化,从而影响压强 \( P \) 的大小。具体值需结合实际情况重新计算。
通过以上练习题,我们可以看到压强不仅与作用力有关,还与受力面积密切相关。希望大家能够灵活运用所学知识解决实际问题!