Ang mga problema sa equilibrium sa physics ay isinasaalang-alang sa seksyon ng statics. Ang isa sa mga mahalagang pwersa na naroroon sa anumang mekanikal na sistema sa ekwilibriyo ay ang puwersa ng reaksyon ng suporta. Ano ito at paano ito makalkula? Ang mga tanong na ito ay detalyado sa artikulo.
Ano ang reaksyon ng suporta?
Ang bawat isa sa atin ay araw-araw na naglalakad sa ibabaw ng lupa o sa sahig, nagbubukas ng pinto, nakaupo sa isang upuan, nakasandal sa mesa, umaakyat sa landing. Sa lahat ng mga kasong ito, mayroong isang puwersa ng reaksyon ng suporta, na ginagawang posible na isagawa ang mga nakalistang aksyon. Ang puwersang ito sa physics ay tinutukoy ng letrang N at tinatawag itong normal.
Ayon sa kahulugan, ang normal na puwersa N ay ang puwersa kung saan kumikilos ang suporta sa katawan sa pisikal na pakikipag-ugnayan dito. Tinatawag itong normal dahil nakadirekta ito sa normal (perpendicular) sa ibabaw.
Ang normal na reaksyon ng suporta ay palaging nangyayari bilang tugon ng isang panlabas na puwersa sa isa oibang ibabaw. Upang maunawaan ito, dapat tandaan ng isa ang ikatlong batas ni Newton, na nagsasaad na para sa bawat aksyon ay may reaksyon. Kapag pinindot ng katawan ang suporta, kumikilos ang suporta sa katawan na may parehong modulus ng puwersa gaya ng katawan dito.
Ang dahilan ng paglitaw ng normal na puwersa N
Ang dahilan na ito ay nakasalalay sa lakas ng pagkalastiko. Kung ang dalawang solidong katawan, anuman ang mga materyales kung saan ginawa ang mga ito, ay dinadala sa pakikipag-ugnay at bahagyang pinindot laban sa isa't isa, kung gayon ang bawat isa sa kanila ay nagsisimulang mag-deform. Depende sa magnitude ng mga kumikilos na pwersa, nagbabago ang pagpapapangit. Halimbawa, kung ang isang timbang na 1 kg ay inilalagay sa isang manipis na tabla, na nasa dalawang suporta, pagkatapos ay bahagyang yumuko ito. Kung ang load na ito ay tumaas sa 10 kg, ang halaga ng deformation ay tataas.
Ang umuusbong na deformation ay may posibilidad na ibalik ang orihinal na hugis ng katawan, habang lumilikha ng ilang elastic na puwersa. Ang huli ay nakakaapekto sa katawan at tinatawag na support reaction.
Kung titingnan mo ang isang mas malalim, mas malaking antas, makikita mo na ang elastic force ay lumilitaw bilang resulta ng convergence ng mga atomic shell at ang kanilang kasunod na pagtanggi dahil sa prinsipyo ng Pauli.
Paano kalkulahin ang normal na puwersa?
Nasabi na sa itaas na ang modulus nito ay katumbas ng resultang puwersa na nakadirekta patayo sa ibabaw na isinasaalang-alang. Nangangahulugan ito na upang matukoy ang reaksyon ng suporta, kailangan munang bumalangkas ng isang equation ng paggalaw, gamit ang pangalawang batas ni Newton, kasama ang isang tuwid na linya na patayo sa ibabaw. Mula saang equation na ito, mahahanap mo ang value na N.
Ang isa pang paraan upang matukoy ang puwersa N ay ang pagsali sa pisikal na kondisyon ng balanse ng mga sandali ng mga puwersa. Maginhawang gamitin ang paraang ito kung ang system ay may mga rotation axes.
Ang moment of force ay isang value na katumbas ng produkto ng kumikilos na puwersa at ang haba ng lever na nauugnay sa axis ng pag-ikot. Sa isang sistema sa equilibrium, ang kabuuan ng mga sandali ng mga puwersa ay palaging katumbas ng zero. Ang huling kundisyon ay ginagamit upang mahanap ang hindi kilalang value na N.
Tandaan na kung mayroong isang suporta sa system (isang axis ng pag-ikot), palaging lilikha ng zero moment ang normal na puwersa. Samakatuwid, para sa mga ganitong problema, ang pamamaraang inilarawan sa itaas ay dapat gamitin gamit ang batas ng Newtonian upang matukoy ang reaksyon ng suporta.
Walang tiyak na formula para sa pagkalkula ng puwersa N. Natutukoy ito bilang resulta ng paglutas ng kaukulang mga equation ng paggalaw o equilibrium para sa itinuturing na sistema ng mga katawan.
Sa ibaba ay nagbibigay kami ng mga halimbawa ng paglutas ng mga problema, kung saan ipinapakita namin kung paano kalkulahin ang normal na reaksyon ng suporta.
Problema sa Inclined Plane
Nakapahinga ang bar sa isang hilig na eroplano. Ang masa ng sinag ay 2 kg. Ang eroplano ay nakahilig sa abot-tanaw sa isang anggulo na 30o. Ano ang normal na puwersa N?
Hindi mahirap ang gawaing ito. Upang makakuha ng sagot dito, sapat na upang isaalang-alang ang lahat ng mga puwersa na kumikilos sa isang linya na patayo sa eroplano. Dalawa lang ang ganoong pwersa: N at ang projection ng gravity Fgy. Dahil kumikilos sila sa iba't ibang direksyon, ang equation ni Newton para sa system ay magkakaroon ng anyo:
ma=N - Fgy
Dahil ang beam ay nakapahinga, ang acceleration ay zero, kaya ang equation ay nagiging:
N=Fgy
Ang projection ng puwersa ng grabidad sa normal sa eroplano ay hindi mahirap hanapin. Mula sa mga geometric na pagsasaalang-alang, makikita natin ang:
N=Fgy=mgcos(α)
Pagpapalit sa data mula sa kundisyon, makakakuha tayo ng: N=17 N.
Problema sa dalawang suporta
Ang isang manipis na tabla ay inilalagay sa dalawang suporta, na ang masa nito ay hindi gaanong mahalaga. Sa 1/3 ng kaliwang suporta, isang load na 10 kg ang inilagay sa board. Kinakailangang matukoy ang mga reaksyon ng mga suporta.
Dahil mayroong dalawang suporta sa problema, upang malutas ito, maaari mong gamitin ang kondisyon ng ekwilibriyo sa pamamagitan ng mga sandali ng puwersa. Upang gawin ito, ipinapalagay muna namin na ang isa sa mga suporta ay ang axis ng pag-ikot. Halimbawa, tama. Sa kasong ito, ang kondisyon ng moment na equilibrium ay magkakaroon ng anyo:
N1L - mg2/3L=0
Narito ang L ang distansya sa pagitan ng mga suporta. Mula sa pagkakapantay-pantay na ito, sumusunod na ang reaksyon ng N1kaliwang suporta ay katumbas ng:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Katulad nito, nakita namin ang reaksyon ng tamang suporta. Ang moment equation para sa kasong ito ay:
mg1/3L - N2L=0.
Mula sa kung saan tayo kumukuha:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32.7 N.
Tandaan na ang kabuuan ng mga nakitang reaksyon ng mga suporta ay katumbas ng gravity ng load.
