Η έννοια της πίεσης 🔨

Φαντάσου ότι πατάς με το ένα σου πόδι πάνω σε χαλαρή άμμο και βυθίζεσαι. Αν όμως ξαπλώσεις και απλώσεις το σώμα σου σε όλη την άμμο, βυθίζεσαι πολύ λιγότερο — αν και το βάρος σου είναι ακριβώς το ίδιο! Αυτό συμβαίνει επειδή δεν μετράει μόνο η δύναμη που ασκείς, αλλά και σε πόσο μεγάλη επιφάνεια «απλώνεται» αυτή η δύναμη. Αυτό ακριβώς περιγράφει το φυσικό μέγεθος που λέγεται πίεση.

Τι είναι η πίεση

Όταν μια δύναμη ασκείται πάνω σε μια επιφάνεια, το αποτέλεσμά της δεν εξαρτάται μόνο από το πόσο μεγάλη είναι η δύναμη, αλλά και από το πόσο μεγάλο ή μικρό είναι το εμβαδόν της επιφάνειας πάνω στην οποία ασκείται.

Η πίεση ορίζεται ως το πηλίκο της κάθετης δύναμης που ασκείται σε μια επιφάνεια προς το εμβαδόν αυτής της επιφάνειας:

P = \frac{F}{A}

Όπου:

Σύμβολο	Τι εκφράζει	Μονάδα (S.I.)
$P$	Πίεση	pascal ( $Pa$ )
$F$	Κάθετη δύναμη στην επιφάνεια	newton ( $N$ )
$A$	Εμβαδόν επιφάνειας	τετραγωνικό μέτρο ( $m^2$ )

Η δύναμη $F$ πρέπει να είναι κάθετη στην επιφάνεια — δηλαδή να «πιέζει» ίσια πάνω της, όπως το βάρος σου πιέζει κάθετα το πάτωμα όταν στέκεσαι όρθιος.

Η πίεση δεν έχει κατεύθυνση

Η πίεση είναι μονόμετρο μέγεθος. Αυτό σημαίνει ότι αρκεί ένας αριθμός για να την περιγράψουμε — δεν χρειάζεται να πούμε «προς τα πού» ασκείται, όπως θα κάναμε με μια δύναμη.

Η μονάδα της πίεσης: το pascal

Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.), η πίεση μετριέται σε pascal (Pa). Το όνομα δόθηκε προς τιμήν του επιστήμονα Blaise Pascal.

Από τον τύπο της πίεσης προκύπτει η σχέση της μονάδας:

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

Δηλαδή, 1 pascal είναι η πίεση που ασκεί μια δύναμη 1 newton, όταν κατανέμεται σε μια επιφάνεια εμβαδού 1 τετραγωνικού μέτρου.

Η πίεση εξαρτάται από το εμβαδόν

Το πιο σημαντικό συμπέρασμα του ορισμού είναι αυτό: η ίδια ακριβώς δύναμη μπορεί να προκαλέσει πολύ διαφορετική πίεση, ανάλογα με το πόσο μεγάλο είναι το εμβαδόν στο οποίο ασκείται.

Όσο μικρότερο είναι το εμβαδόν, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση, για την ίδια δύναμη.
Όσο μεγαλύτερο είναι το εμβαδόν, τόσο μικρότερη είναι η πίεση, για την ίδια δύναμη.

Αυτό εξηγεί πολλά πράγματα γύρω μας:

Ένα καρφί μπήγεται εύκολα σε έναν τοίχο, γιατί η μυτερή του άκρη έχει ελάχιστο εμβαδόν — η ίδια δύναμη του χεριού μας εκεί γίνεται τεράστια πίεση.
Ένα κοφτερό μαχαίρι κόβει με ευκολία, γιατί η λεπτή του λεπίδα συγκεντρώνει τη δύναμη σε πολύ μικρό εμβαδόν.
Τα φαρδιά πέλματα ή οι χιονοπέδιλα απλώνουν το βάρος του σώματος σε μεγάλη επιφάνεια, κάνοντας την πίεση μικρή — γι' αυτό δεν βουλιάζουμε στο χιόνι.

Μην μπερδεύεις τη δύναμη με την πίεση!

Το πιο συνηθισμένο λάθος είναι να πιστεύουμε ότι μεγαλύτερη δύναμη σημαίνει πάντα μεγαλύτερη πίεση. Αυτό δεν είναι σωστό! Η ίδια δύναμη μπορεί να δώσει πολύ διαφορετική πίεση, ανάλογα με το εμβαδόν στο οποίο ασκείται.

Για παράδειγμα, αν πατήσεις σε κάποιον με το πέλμα σου ολόκληρο, τον πονάς λίγο. Αν τον πατήσεις με τη μύτη ενός τακουνιού — με την ίδια ακριβώς δύναμη του σώματός σου — τον πονάς πολύ περισσότερο, γιατί όλη η δύναμη συγκεντρώνεται σε ελάχιστο εμβαδόν. Το ίδιο ισχύει και για το κοφτερό μαχαίρι: δεν κόβει επειδή του κάνουμε μεγαλύτερη δύναμη, αλλά επειδή η λεπτή λεπίδα του συγκεντρώνει τη δύναμη σε πολύ μικρό εμβαδόν.

Πώς αυξάνουμε ή μειώνουμε την πίεση

Από τον τύπο $P = \dfrac{F}{A}$ προκύπτουν δύο τρόποι για να αλλάξουμε την πίεση που ασκείται σε μια επιφάνεια:

Για να αυξήσουμε την πίεση:

Μικραίνουμε το εμβαδόν επαφής, ή
Αυξάνουμε τη δύναμη.

Για να μειώσουμε την πίεση:

Αυξάνουμε το εμβαδόν επαφής, ή
Μειώνουμε τη δύναμη.

Στην καθημερινή ζωή, συχνά επιλέγουμε να αλλάξουμε το εμβαδόν, γιατί είναι πιο εύκολο από το να αλλάξουμε τη δύναμη (π.χ. το βάρος ενός σώματος συνήθως δεν αλλάζει). Έτσι εξηγείται γιατί ένα σακίδιο με φαρδιούς ιμάντες πονάει λιγότερο τους ώμους μας από ένα σακίδιο με λεπτούς ιμάντες, ακόμα κι αν κουβαλάνε το ίδιο βάρος: οι φαρδιοί ιμάντες απλώνουν τη δύναμη σε μεγαλύτερο εμβαδόν, άρα η πίεση πάνω στον ώμο μας είναι μικρότερη.