Problemi ravnoteže u fizici razmatraju se u odjeljku o statici. Jedna od važnih sila koja je prisutna u bilo kojem mehaničkom sistemu u ravnoteži je sila reakcije oslonca. Šta je to i kako se može izračunati? Ova pitanja su detaljno opisana u članku.
Kakva je reakcija podrške?
Svako od nas svakodnevno hoda po površini zemlje ili po podu, otvara vrata, sjeda na stolicu, oslanja se na sto, penje se na podest. U svim ovim slučajevima postoji reakciona sila oslonca, koja omogućava izvođenje navedenih radnji. Ova sila u fizici se označava slovom N i naziva se normalnom.
Prema definiciji, normalna sila N je sila kojom oslonac djeluje na tijelo u fizičkom kontaktu s njim. Naziva se normalnim jer je usmjerena duž normale (okomita) na površinu.
Normalna reakcija potpore uvijek se javlja kao odgovor vanjske sile na jednu ilidruga površina. Da bismo ovo razumjeli, treba se sjetiti trećeg Newtonovog zakona, koji kaže da za svaku akciju postoji reakcija. Kada tijelo pritisne oslonac, oslonac djeluje na tijelo istim modulom sile kao tijelo na njemu.
Razlog pojave normalne sile N
Ovaj razlog leži u snazi elastičnosti. Ako se dva čvrsta tijela, bez obzira na materijale od kojih su napravljena, dovedu u kontakt i malo pritisnu jedno na drugo, tada svako od njih počinje deformirati. U zavisnosti od veličine sila koje djeluju, deformacija se mijenja. Na primjer, ako se težina od 1 kg stavi na tanku dasku, koja se nalazi na dva nosača, onda će se lagano saviti. Ako se ovo opterećenje poveća na 10 kg, količina deformacije će se povećati.
Nastala deformacija teži da vrati originalni oblik tijela, stvarajući pritom određenu elastičnu silu. Ovo posljednje utječe na tijelo i naziva se reakcija podrške.
Ako pogledate dublji, veći nivo, možete vidjeti da se elastična sila pojavljuje kao rezultat konvergencije atomskih školjki i njihovog naknadnog odbijanja zbog Paulijevog principa.
Kako izračunati normalnu silu?
Gore je već rečeno da je njegov modul jednak rezultujućoj sili usmjerenoj okomito na površinu koja se razmatra. To znači da je za određivanje reakcije oslonca najprije potrebno formulirati jednadžbu gibanja, koristeći drugi Newtonov zakon, duž prave linije koja je okomita na površinu. Odovoj jednadžbi možete pronaći vrijednost N.
Drugi način da se odredi sila N je da se uključi fizičko stanje ravnoteže momenata sila. Ova metoda je pogodna za korištenje ako sistem ima rotacijske osi.
Moment sile je vrijednost koja je jednaka proizvodu djelujuće sile i dužine poluge u odnosu na os rotacije. U sistemu u ravnoteži, zbir momenata sila je uvijek jednak nuli. Zadnji uslov se koristi za pronalaženje nepoznate vrijednosti N.
Imajte na umu da ako postoji jedan oslonac u sistemu (jedna osa rotacije), normalna sila će uvijek stvoriti nulti moment. Stoga, za takve probleme treba primijeniti gore opisanu metodu korištenjem Newtonovog zakona za određivanje reakcije podrške.
Ne postoji posebna formula za izračunavanje sile N. Određuje se kao rezultat rješavanja odgovarajućih jednačina kretanja ili ravnoteže za razmatrani sistem tijela.
U nastavku dajemo primjere rješavanja problema, gdje pokazujemo kako izračunati normalnu reakciju podrške.
Problem sa kosom ravninom
Šipka miruje na kosoj ravni. Masa grede je 2 kg. Avion je nagnut prema horizontu pod uglom od 30o. Kolika je normalna sila N?
Ovaj zadatak nije težak. Da biste dobili odgovor na njega, dovoljno je razmotriti sve sile koje djeluju duž prave okomite na ravan. Postoje samo dvije takve sile: N i projekcija gravitacije Fgy. Budući da djeluju u različitim smjerovima, Newtonova jednačina za sistem će imati oblik:
ma=N - Fgy
Budući da greda miruje, ubrzanje je nula, tako da jednačina postaje:
N=Fgy
Projekciju sile gravitacije na normalu na ravan nije teško pronaći. Iz geometrijskih razmatranja nalazimo:
N=Fgy=mgcos(α)
Zamjenom podataka iz uslova dobijamo: N=17 N.
Problem sa dva nosača
Na dva nosača, čija je masa neznatna, postavlja se tanka daska. Na 1/3 lijevog oslonca na dasku je postavljeno opterećenje od 10 kg. Potrebno je utvrditi reakcije oslonaca.
Pošto postoje dva oslonca u problemu, da biste ga riješili, možete koristiti uvjet ravnoteže kroz momente sila. Da bismo to učinili, prvo pretpostavimo da je jedan od oslonaca os rotacije. Na primjer, tačno. U ovom slučaju, trenutni uvjet ravnoteže će poprimiti oblik:
N1L - mg2/3L=0
Ovdje L je razmak između oslonaca. Iz ove jednakosti slijedi da je reakcija N1lijeve podrške jednaka:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Slično, nalazimo reakciju prave podrške. Jednačina trenutka za ovaj slučaj je:
mg1/3L - N2L=0.
Odakle dobijamo:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Imajte na umu da je zbir pronađenih reakcija oslonaca jednak gravitaciji opterećenja.
