Когда мы прикладываем «силу» к поверхности, происходит ли «распределение давления»?

Предположим, что есть поршень, как показано ниже,

введите описание изображения здесь

И, допустим, я нажимаю на поршень одним пальцем, это сжимает газ внутри.

Теперь в обычных учебниках по термодинамике мы говорим, что сила, действующая поршнем на газ, равна давлению поршня на газ, умноженному на площадь поршня, но здесь я приложил силу только к небольшой площади. Как именно передавалось давление моего пальца, чтобы предыдущее утверждение оказалось верным? Я нахожу странным, что вся сила действует на небольшую площадь, а с другой стороны та же сила действует на большую площадь, означает ли это, что давление на каждой стороне различно? Как бы мы разобрались с этим из первых принципов давления?

Ключ цвета:

Оранжевый цвет — это молекулы газа с разной скоростью, движущиеся в сосуде.

Красная стрелка указывает направление газа

Примечание: главное, я хочу понять, как передается давление, потому что с одной стороны оно концентрируется в другой точке, а с другой все лицо давит на газ.

Независимо от того, насколько мала площадь приложения внешней силы, если две силы (газовая и внешняя) уравновешены, а поршень является твердым телом, система будет находиться в равновесии. Конечно, если вы используете небольшую область, например, кончик пальца, давление там будет довольно сильным и может вызвать боль.
@Landau Это ответ. Почему бы не опубликовать это?
Мой вопрос был больше о том, как мы можем сказать, что сила равна давлению, умноженному на площадь пластины, когда в этом случае я сосредоточил все в одной точке.
Как часто говорят "область, к которой приложена сила", но как вы прикладываете силу к точкам на теле, нет?
Я опубликовал возможный ответ @BobD
«Примечание: главное, я хочу понять, как передается давление, потому что с одной стороны оно концентрируется в другой точке, а с другой все лицо давит на газ». Нет времени писать ответ прямо сейчас, но это связано с проблемой упругости Буссинеска , которая спрашивает, как напряжение от точечной нагрузки на поверхности распространяется на упругое твердое тело. В частности, вы ищете распределение напряжений в слое конечной толщины с граничным условием равномерного давления на дне.

Ответы (2)

Прежде всего, вы считаете поршень (масса м п ) как твердое тело, вынужденное двигаться внутри цилиндра. Давай позвоним С поверхность поршня. Теперь поместите над поршнем, в его центре, цилиндрический груз с массой м и поверхность С ш . В состоянии равновесия (когда поршень твердый) уравнение силы на вертикальной оси дает вам:

( м п + м ) г + п 0 С "=" п г а с С
Где п г а с давление газа внутри цилиндра при равновесии (вы можете измерить его непосредственно) и п 0 это атмосферное давление. п г а с действует на каждую точку нижней стороны поршня. При этом на верхнюю сторону действует атмосферное давление, а под тяжестью, но только там, давление равно:
п ш "=" м г С ш + п 0
Например, чтобы понять величины, если вы считаете м "=" 10 к г , у вас есть:
п ш ( б а р ) ≈ 10 3 С ш ( м м 2 ) + 1
Какая функция представлена ​​ниже:введите описание изображения здесь

Так что если С ш "=" 10 м м 2 давление на эти точки примерно 100 б а р (экстремально высокий).

Так что только в этой части нижняя поверхность поршня (соприкасающаяся с газом) будет оказывать силу?

Поршень согнется или временно слегка деформируется, чтобы распределить усилие, прилагаемое вашим пальцем, по всей его горизонтальной поверхности. Если поршень недостаточно прочный или жесткий, чтобы сделать это, он будет постоянно деформироваться (представьте, что гвоздь забивается в дерево) или сломается (представьте, что гвоздь забивается в лист стекла).

Когда мы прикладываем «силу» к поверхности, происходит ли «распределение давления»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v