Проблемите с равновесието във физиката се разглеждат в раздела за статиката. Една от важните сили, която присъства във всяка механична система в равновесие, е силата на реакция на опората. Какво е това и как може да се изчисли? Тези въпроси са подробно описани в статията.
Каква е реакцията на подкрепа?
Всеки от нас всеки ден се разхожда по повърхността на земята или по пода, отваря вратата, сяда на стол, облегнат на масата, изкачва се на площадката. Във всички тези случаи има сила на реакция на опората, която прави възможно извършването на изброените действия. Тази сила във физиката се обозначава с буквата N и се нарича нормална.
Съгласно дефиницията, нормалната сила N е силата, с която опората действа върху тялото при физически контакт с него. Нарича се нормален, защото е насочен по нормалата (перпендикулярно) на повърхността.
Нормалната опорна реакция винаги възниква като реакция на външна сила на една илидруга повърхност. За да разберем това, трябва да си припомним третия закон на Нютон, който гласи, че за всяко действие има реакция. Когато тялото натисне опората, опората действа върху тялото със същия модул на сила като тялото върху него.
Причината за появата на нормалната сила N
Тази причина се крие в силата на еластичността. Ако две твърди тела, независимо от материалите, от които са направени, се доведат до контакт и леко се притиснат едно към друго, тогава всяко от тях започва да се деформира. В зависимост от големината на действащите сили деформацията се променя. Например, ако тежест от 1 кг се постави върху тънка дъска, която е на две опори, тогава тя леко ще се огъне. Ако това натоварване се увеличи до 10 kg, размерът на деформацията ще се увеличи.
Появилата се деформация има тенденция да възстанови оригиналната форма на тялото, като същевременно създава известна еластична сила. Последното засяга тялото и се нарича опорна реакция.
Ако погледнете на по-дълбоко, по-голямо ниво, можете да видите, че еластичната сила се появява в резултат на сближаването на атомните черупки и последващото им отблъскване поради принципа на Паули.
Как да изчислим нормалната сила?
Вече беше казано по-горе, че неговият модул е равен на резултантната сила, насочена перпендикулярно на разглежданата повърхност. Това означава, че за да се определи реакцията на опората, първо е необходимо да се формулира уравнение на движението, като се използва вторият закон на Нютон, по права линия, която е перпендикулярна на повърхността. Оттова уравнение, можете да намерите стойността N.
Друг начин за определяне на силата N е да се включи физическото състояние на баланса на моментите на силите. Този метод е удобен за използване, ако системата има оси на въртене.
Моментът на силата е стойност, която е равна на произведението на действащата сила и дължината на лоста спрямо оста на въртене. В система в равновесие сумата от моментите на силите винаги е равна на нула. Последното условие се използва за намиране на неизвестната стойност N.
Забележете, че ако има една опора в системата (една ос на въртене), нормалната сила винаги ще създава нулев момент. Следователно за такива проблеми трябва да се приложи методът, описан по-горе, като се използва нютоновия закон, за да се определи опорната реакция.
Няма конкретна формула за изчисляване на силата N. Определя се в резултат на решаване на съответните уравнения на движение или равновесие за разглежданата система от тела.
По-долу даваме примери за решаване на проблеми, където показваме как да изчислим нормалната реакция на подкрепа.
Проблем с наклонена равнина
Листът е в покой върху наклонена равнина. Масата на гредата е 2 кг. Равнината е наклонена към хоризонта под ъгъл от 30o. Каква е нормалната сила N?
Тази задача не е трудна. За да получите отговор на него, достатъчно е да разгледате всички сили, които действат по линия, перпендикулярна на равнината. Има само две такива сили: N и проекцията на гравитацията Fgy. Тъй като те действат в различни посоки, уравнението на Нютон за системата ще приеме формата:
ma=N - Fgy
Тъй като лъчът е в покой, ускорението е нула, така че уравнението става:
N=Fgy
Проекцията на силата на гравитацията върху нормалата към равнината не е трудна за намиране. От геометрични съображения намираме:
N=Fgy=mgcos(α)
Замествайки данните от условието, получаваме: N=17 N.
Проблем с две опори
Върху две опори се поставя тънка дъска, чиято маса е незначителна. При 1/3 от лявата опора върху дъската беше поставен товар от 10 кг. Необходимо е да се определят реакциите на опорите.
Тъй като има две опори в проблема, за да го решите, можете да използвате условието за равновесие чрез моментите на силите. За да направите това, първо приемаме, че една от опорите е оста на въртене. Например, нали. В този случай условието за моментно равновесие ще приеме формата:
N1L - mg2/3L=0
Тук L е разстоянието между опорите. От това равенство следва, че реакцията на N1ляво опора е равна на:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
По подобен начин откриваме реакцията на правилната подкрепа. Моментното уравнение за този случай е:
mg1/3L - N2L=0.
Откъде получаваме:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Забележете, че сумата от намерените реакции на опорите е равна на тежестта на товара.
