Почему лыжник проходит по самому рыхлому снегу, а пешеход проваливается в него по колено? Дело здесь в том, что одна и та же сила (вес человека) в первом случае распределяется по значительно большей площади, чем во втором.
А иногда совершенно разные силы создают одинаковые давления. Например, давление колеса паровоза на рельс приблизительно равно давлению граммофонной иглы на пластинку. Секрет здесь всё в том же — в различной площади соприкосновения.
Необходимость в измерении давлений встречается на каждом шагу. Метеорологи измеряют атмосферное давление, то есть давление, оказываемое на поверхность земли воздушным столбом атмосферы. Океанографы исследуют давление в морских глубинах. Врачу часто приходится определять давление крови в кровеносных сосудах больного.
Учёные научились измерять колоссальные давления, возникающие, например, в орудийных стволах при выстреле. Было измерено и ничтожное давление, оказываемое на различные тела лучами света.
Принят ряд единиц давления. Они выражаются единицами силы, отнесёнными к единицам площади. Так, в технике давление часто измеряют в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см2).
Для измерения небольших давлений применяются другие единицы — миллиметр ртутного столба и миллиметр водяного столба.
Миллиметр ртутного столба (мм Hg) — это давление, производимое столбом ртути высотой в 1 мм при ускорении силы тяжести, равном 9,80665 м/сек2.
Миллиметр водяного столба (обозначается через мм Н2О) — давление, оказываемое столбом воды высотой в 1 мм при температуре 4 °C.
1 кг/см2 равен 10 000 мм Н2О или 735,56 мм Hg.
Измеряют давления с помощью специальных приборов, которые называются манометрами.
На рис. 32 изображён простейший манометр. Он представляет собой изогнутую стеклянную трубку, наполненную ртутью или водой. Одно из колен трубки соединяется с резервуаром, в котором нужно измерить давление газа, другое остаётся открытым. На свободный конец трубки давит столб атмосферного воздуха. Если давление внутри резервуара, с которым соединён манометр, равно атмосферному давлению, жидкость в обоих коленах устанавливается на одном уровне. Если же давление внутри резервуара больше атмосферного, то ртуть в открытом колене поднимется, а в закрытом опустится. Разность уровней ртути будет тем больше, чем больше измеряемое давление по сравнению с атмосферным. Если при атмосферном давлении в 760 мм Hg разность уровней ртути составляет, например, 10 мм, причём уровень жидкости в открытом колене выше, то давление газа внутри резервуара равняется 770 мм Hg.
Единицы давления (от 1 до 1000 кг/см2) воспроизводятся обычно с помощью ртутных и поршневых эталонных манометров.
Эталонный манометр ртутного типа устроен по уже знакомому нам принципу. Он представляет собой U-образную трубку из инвара с двумя стеклянными смотровыми окнами. Высота ртутного столба измеряется оптическим методом с очень высокой точностью. Такой манометр служит для воспроизведения единицы, равной 1 кг/см2.
Рис. 32. Простейший манометр.
На рис. 33 схематически изображён эталонный манометр поршневого типа. Он состоит из цилиндра, поршня и набора грузов. Цилиндр наполняется маслом и соединяется с пространством, в котором воспроизводится требуемое давление. Поршень перемещается внутри цилиндра и под действием груза давит на масло. Зная вес груза и площадь поршня, легко подсчитать возникающее при этом давление. Поршневые манометры применяются для воспроизведения давления от 1 до 1000 кг/см2.
Рис. 33. Схема эталонного манометра поршневого типа. 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3— чашка для масла; 4 — поршенёк для дополнительной регулировки; 5— отверстие, через которое манометр соединяется с пространством, где воспроизводится требуемое давление; 6 — грузы.
ДАВИТ ЛИ СВЕТ?
Что такое свет? В шестидесятых годах прошлого века английский учёный Максвелл создал теорию, утверждавшую, что световые лучи — это разновидность электромагнитных волн — электрических и магнитных колебаний, волнообразно распространяющихся в пространстве. В 1887 году немецкий физик Герц на опыте доказал, что такие волны действительно существуют. Однако опыты Герца ещё не доказывали в полной мере теории Максвелла. Требовались новые опытные данные. Нужно было, например, установить, как световые лучи действуют на различные тела. Максвелл утверждал, что свет, как и другие электромагнитные волны, падая на тела, должен оказывать давление на их поверхность. Но доказать опытным путём, что световое давление существует, долго никому не удавалось. И это было не удивительно — ведь давление света ничтожно; по расчётам Максвелла на один квадратный метр земной поверхности солнечный свет давит с силой всего в несколько десятых миллиграмма. Поэтому даже сам Максвелл сомневался в том, что световое давление можно обнаружить и измерить.