Problemi ravnoteže u fizici razmatraju se u odjeljku o statici. Jedna od važnih sila koja je prisutna u bilo kojem mehaničkom sustavu u ravnoteži je sila reakcije oslonca. Što je to i kako se može izračunati? Ova su pitanja detaljno opisana u članku.
Kakva je reakcija podrške?
Svatko od nas svakodnevno hoda po površini zemlje ili po podu, otvara vrata, sjeda na stolicu, naslonjen na stol, penje se na podest. U svim tim slučajevima postoji sila reakcije oslonca, što omogućuje izvođenje navedenih radnji. Ova se sila u fizici označava slovom N i naziva se normalnom.
Prema definiciji, normalna sila N je sila kojom oslonac djeluje na tijelo u fizičkom dodiru 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 to 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 izrađena, dovedu u kontakt i lagano pritisnu jedno na drugo, tada se svako od njih počinje deformirati. Ovisno o veličini djelujućih sila, deformacija se mijenja. Na primjer, ako se uteg od 1 kg stavi na tanku dasku, koja je na dva nosača, tada će se lagano savijati. Ako se ovo opterećenje poveća na 10 kg, količina deformacije će se povećati.
Nastala deformacija teži vraćanju izvornog oblika tijela, stvarajući pritom određenu elastičnu silu. Potonje utječe na tijelo i naziva se reakcija podrške.
Ako pogledate dublju, veću razinu, možete vidjeti da se elastična sila pojavljuje kao rezultat konvergencije atomskih ljuski i njihovog naknadnog odbijanja zbog Paulijevog principa.
Kako izračunati normalnu silu?
Već je gore rečeno da je njegov modul jednak rezultujućoj sili usmjerenoj okomito na razmatranu površinu. To znači da je za određivanje reakcije oslonca najprije potrebno formulirati jednadžbu gibanja, koristeći drugi Newtonov zakon, duž ravne linije koja je okomita na plohu. Izovoj jednadžbi možete pronaći vrijednost N.
Drugi način određivanja sile N je uključiti fizičko stanje ravnoteže momenata sila. Ova metoda je prikladna za korištenje ako sustav ima rotacijske osi.
Moment sile je vrijednost koja je jednaka umnošku djelujuće sile i duljine poluge u odnosu na os rotacije. U sustavu u ravnoteži, zbroj momenata sila uvijek je jednak nuli. Posljednji uvjet se koristi za pronalaženje nepoznate vrijednosti N.
Imajte na umu da ako postoji jedan oslonac u sustavu (jedna os rotacije), normalna sila će uvijek stvoriti nulti moment. Stoga, za takve probleme treba primijeniti gore opisanu metodu koristeći Newtonov zakon za određivanje reakcije potpore.
Ne postoji posebna formula za izračunavanje sile N. Određuje se kao rezultat rješavanja odgovarajućih jednadžbi gibanja ili ravnoteže za razmatrani sustav tijela.
U nastavku dajemo primjere rješavanja problema, gdje pokazujemo kako izračunati normalnu reakciju podrške.
Problem sa nagnutom ravninom
Šipka miruje na kosoj ravnini. Masa grede je 2 kg. Ravnina je nagnuta prema horizontu pod kutom od 30o. Kolika je normalna sila N?
Ovaj zadatak nije težak. Da bismo dobili odgovor na njega, dovoljno je razmotriti sve sile koje djeluju duž pravca okomitog na ravninu. Postoje samo dvije takve sile: N i projekcija gravitacije Fgy. Budući da djeluju u različitim smjerovima, Newtonova jednadžba za sustav imat će oblik:
ma=N - Fgy
Budući da greda miruje, ubrzanje je nula, pa jednadžba postaje:
N=Fgy
Projekciju sile gravitacije na normalu na ravninu nije teško pronaći. Iz geometrijskih razmatranja nalazimo:
N=Fgy=mgcos(α)
Zamjenom podataka iz uvjeta dobivamo: N=17 N.
Problem s dva nosača
Na dva nosača postavlja se tanka ploča čija je masa neznatna. Na 1/3 lijevog oslonca na dasku je stavljen teret od 10 kg. Potrebno je utvrditi reakcije oslonaca.
Budući da u problemu postoje dva oslonca, da biste ga riješili, možete koristiti uvjet ravnoteže kroz momente sila. Da bismo to učinili, prvo pretpostavimo da je jedan od nosača os rotacije. Na primjer, točno. U ovom slučaju, uvjet trenutne ravnoteže će poprimiti oblik:
N1L - mg2/3L=0
Ovdje je L udaljenost između nosača. Iz ove jednakosti slijedi da je reakcija N1lijeve podrške jednaka:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Slično, nalazimo reakciju prave podrške. Jednadžba trenutka za ovaj slučaj je:
mg1/3L - N2L=0.
Odakle dobivamo:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Imajte na umu da je zbroj pronađenih reakcija oslonaca jednak težini opterećenja.
