压力是什么?压力被定义为作用在某一确定单位面积上的力量。压力的公式为力除以面积,所以力越集中越强,压力就越大。面积越大或力越小,压力就越小。在英制测量体系中,压力以每平方英寸的受力磅数为测量单位,缩写形式为psi。在公制中,测量单位为每平方米受力帕斯卡(Pa)或牛顿数。
为什么针、大头针、钉子、道钉和箭都是尖头?人们使用这些工具的目的是希望它们能容易地穿过特别的物体表面,即用为什么从帝国大厦上扔下一枚硬币是危险的?从帝国大厦上扔下一枚硬币将会给地面的人带来极大的危险和伤害。硬币在下落过程中不断加速直到它达到109英里/小时(175千米/小时)的终速。
如果下落的硬币击中了地面的行人,产生的极大的力量会使行人的皮肤受到伤害或者造成更严重的头部伤害。最小的压力使其穿透物体的表面。
既然压力被定义为作用在单位面积上的力,尖的物体只有很小的接触面积,因此使用者只需要使用很小的力就可以产生很大的压力。为什么穿高跟鞋在草地上很难行走?穿高跟鞋的人明显会知道答案,然而对于那些不穿高跟鞋的人,他们可能不太清楚,穿上高跟鞋在松软的地面行走,鞋跟很有可能会陷到地面里。
这是因为人的重力全部集中于鞋跟这很小的面积上,因此产生的强大压力会使鞋跟陷入。这种现象不仅会发生在穿高跟鞋的人身上,一个体重为120磅(54千克)的人单脚着地时会产生大约2000磅/英寸2(140千克/厘米2)的压力。
防滑钉也应用了同样的原理,但是它的作用是给人们带来便利。足球、棒球和橄榄球运动员作用在鞋底防滑钉上的强大压力使运动鞋插入地面,获得强大的摩擦力防止他们滑倒。人真的能躺在钉子床上吗?钉子床是一块钉子尖朝上钉的木板。当一个人躺在钉子床上时,如此多的钉子共同分担了他的重量,因此每一个钉子上的压力都小到不足以刺破他的皮肤。关键之处是要使用尽可能多的钉子,并且达到最大的身体接触面积。
躺在成百上千个钉子上要比躺在一个钉子上容易得多。钉子的数量越多,每个钉子上的压力就越小。减少接触面积-比如说从躺着的状态改变成坐着的状态-也会增加钉子上的压力。尽管钉子床的原理很简单,但如果不是专业人员,绝不可轻易尝试。
冰鞋有怎样的原理?当穿着冰鞋站在冰上时,金属冰刀与冰面之间会产生强大的压力,这是因为溜冰者的重量被集中在很小的面积上。如果穿着普通的鞋,重量将会分布在更大的面积上,这样就会产生较小的压力。在穿冰鞋的状况下,较大的压力使冰的融点降低,因此使冰刀下的少部分冰直接融化。当冰鞋处在运动中时,它不会和固体的冰形成摩擦,而是直接在压力所产生的水上滑行。
当冰鞋离开融化的地方后,因为周围冰的寒冷温度,融化的水马上会冻结。同样的现象也可以在下面制冷器的实验中看到:将细绳两端挂上具有一定重量的物体,再将细绳放在制冷器的小方冰块上,放置一晚后,细绳将融化一小部分的冰,陷入冰块中。第二天早上,这根细绳会被冻在冰块里。