一頭重 $40,000\ N$ 的大象站在面積為 $1000\ cm^2$ 的一隻腳上,而一個重 $400\ N$ 的女孩站在面積為 $1\ cm^2$ 的一隻“細高跟”鞋跟上。
(a) 大象和女孩中,哪個對地面施加的力更大,大多少?
(b) 大象用一隻腳站立時,對地面施加的壓強是多少?
(c) 女孩用一隻鞋跟站立時,對地面施加的壓強是多少?
(d) 大象和女孩中,哪個對地面施加的壓強更大?
(e) 女孩施加的壓強與大象施加的壓強的比值是多少?
大象的重量 $W_{elephant}=40000\ N$
一隻腳的面積 $A_{elephant}=1000\ cm^2=1000\times10^{-4}\ m^2$
女孩的重量 $W_{girl}=400\ N$
女孩鞋跟的面積 $A_{girl}=1\ cm^2=1\times10^{-4}\ m^2$
(a). 觀察發現,大象的重量更大,為 $40000\ N$,因此,大象對地面施加的力更大。
大象對地面施加的力比女孩大 $40000\ N-400\ N=39600\ N$。
(b). 大象用一隻腳站立時,對地面施加的壓強
$P_{elephant}=\frac{W_{elephant}}{A_{elephant}}$
或 $P_{elephant}=\frac{40000\ N}{1000\times10^{-4}\ m^2}$
或 $P_{elephant}=4.0\times10^5\ N/m^2$
(c). 女孩用一隻鞋跟站立時,對地面施加的壓強
$P_{girl}=\frac{W_{girl}}{A_{girl}}$
或 $P_{girl}=\frac{400\ N}{1\times10^{-4}\ m^2}$
或 $P_{girl}=4.0\times10^6\ N/m^2$
(d). 女孩對地面施加的壓強大於大象施加的壓強。
(e). 女孩施加的壓強與大象施加的壓強的比值:$=\frac{P_{girl}}{P_{elephant}}$
$=\frac{4.0\times10^6\ N/m^2}{4.0\times10^5\ N/m^2}$
$=\frac{10}{1}$
因此,女孩施加的壓強與大象施加的壓強的比值為 $10:1$
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