Sokongan daya tindak balas: definisi dan formula

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Statik ialah salah satu cabang fizik moden yang mengkaji keadaan badan dan sistem berada dalam keseimbangan mekanikal. Untuk menyelesaikan masalah imbangan, adalah penting untuk mengetahui apakah daya tindak balas sokongan. Artikel ini dikhaskan untuk pertimbangan terperinci tentang isu ini.

undang kedua dan ketiga Newton

Sebelum mempertimbangkan definisi daya tindak balas sokongan, kita harus ingat apa yang menyebabkan pergerakan badan.

Sebab pelanggaran keseimbangan mekanikal adalah tindakan pada badan daya luaran atau dalaman. Hasil daripada tindakan ini, badan memperoleh pecutan tertentu, yang dikira menggunakan persamaan berikut:

F=ma

Entri ini dikenali sebagai hukum kedua Newton. Di sini daya F ialah paduan semua daya yang bertindak ke atas badan.

Jika satu jasad bertindak dengan sedikit daya F₁¯ pada jasad kedua, maka jasad kedua bertindak pada jasad pertama dengan daya mutlak yang sama F_{2¯, tetapi ia menghala ke arah yang bertentangan daripada F}1_{¯. Maksudnya, kesaksamaan adalah benar:}

F₁¯=-F₂¯

Entri ini ialah ungkapan matematik untuk hukum ketiga Newton.

Apabila menyelesaikan masalah menggunakan undang-undang ini, pelajar sering membuat kesilapan membandingkan daya ini. Sebagai contoh, seekor kuda sedang menarik kereta kuda, manakala kuda di atas kereta dan kereta kuda itu menggunakan modulo daya yang sama. Mengapakah keseluruhan sistem bergerak? Jawapan kepada soalan ini boleh diberikan dengan betul jika kita ingat bahawa kedua-dua daya ini digunakan pada badan yang berbeza, jadi mereka tidak mengimbangi satu sama lain.

Sokongan daya tindak balas

Pertama, mari kita berikan takrifan fizikal bagi daya ini, dan kemudian kita akan menerangkan dengan contoh cara ia berfungsi. Jadi, daya tindak balas normal sokongan ialah daya yang bertindak ke atas badan dari sisi permukaan. Sebagai contoh, kami meletakkan segelas air di atas meja. Untuk mengelakkan kaca daripada bergerak dengan pecutan jatuh bebas ke bawah, jadual bertindak di atasnya dengan daya yang mengimbangi daya graviti. Ini adalah reaksi sokongan. Ia biasanya dilambangkan dengan huruf N.

Force N ialah nilai kenalan. Sekiranya terdapat sentuhan antara badan, maka ia sentiasa muncul. Dalam contoh di atas, nilai N adalah sama dalam nilai mutlak dengan berat badan. Walau bagaimanapun, kesaksamaan ini hanyalah kes khas. Tindak balas sokongan dan berat badan adalah kuasa yang sama sekali berbeza dengan sifat yang berbeza. Kesaksamaan antara mereka sentiasa dilanggar apabila sudut kecondongan satah berubah, daya bertindak tambahan muncul atau apabila sistem bergerak pada kadar yang dipercepatkan.

Daya N dipanggil normalkerana ia sentiasa menunjuk serenjang dengan satah permukaan.

Jika kita bercakap tentang hukum ketiga Newton, maka dalam contoh di atas dengan segelas air di atas meja, berat badan dan daya normal N bukanlah tindakan dan tindak balas, kerana kedua-duanya digunakan pada badan yang sama (gelas air).

Punca fizikal N

Keanjalan dan daya tindak balas sokongan

Seperti yang didapati di atas, daya tindak balas sokongan menghalang penembusan beberapa pepejal ke dalam yang lain. Mengapa kuasa ini muncul? Sebabnya ialah ubah bentuk. Mana-mana jasad pepejal di bawah pengaruh beban pada mulanya berubah bentuk secara elastik. Daya keanjalan cenderung untuk memulihkan bentuk badan sebelumnya, jadi ia mempunyai kesan apungan, yang menunjukkan dirinya dalam bentuk tindak balas sokongan.

Jika kita mempertimbangkan isu di peringkat atom, maka kemunculan nilai N adalah hasil daripada prinsip Pauli. Apabila atom mendekati satu sama lain sedikit, kulit elektronnya mula bertindih, yang membawa kepada kemunculan daya tolakan.

Mungkin ramai yang pelik bahawa segelas air boleh mencacatkan bentuk meja, tetapi memang begitu. Ubah bentuknya sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan mata kasar.

Bagaimana untuk mengira daya N?

Perlu dikatakan dengan segera bahawa tiada formula pasti untuk daya tindak balas sokongan. Namun begitu, terdapat teknik yang boleh digunakan untuk menentukan N bagi mana-mana sistem badan yang berinteraksi.

Kaedah untuk menentukan nilai N adalah seperti berikut:

mulai tuliskan hukum kedua Newton untuk sistem yang diberikan, dengan mengambil kira semua daya yang bertindak di dalamnya;
cari unjuran yang terhasil bagi semua daya pada arah tindakan tindak balas sokongan;
menyelesaikan persamaan Newton yang terhasil dalam arah yang ditanda akan membawa kepada nilai N yang diingini.

Apabila menyusun persamaan dinamik, seseorang harus meletakkan tanda-tanda daya yang bertindak dengan berhati-hati dan betul.

Anda juga boleh mencari tindak balas sokongan jika anda tidak menggunakan konsep daya, tetapi konsep momennya. Daya tarikan momen daya adalah adil dan mudah untuk sistem yang mempunyai titik atau paksi putaran.

Seterusnya, kami akan memberikan dua contoh penyelesaian masalah di mana kami akan menunjukkan cara menggunakan hukum kedua Newton dan konsep momen daya untuk mencari nilai N.

Masalah dengan gelas di atas meja

Contoh ini telah pun diberikan di atas. Andaikan bahawa sebuah bikar plastik 250 ml diisi dengan air. Ia diletakkan di atas meja, dan sebuah buku seberat 300 gram diletakkan di atas gelas itu. Apakah daya tindak balas sokongan meja?

Mari kita tulis persamaan dinamik. Kami ada:

ma=P₁+ P₂- N

Di sini P₁ dan P₂ ialah masing-masing berat segelas air dan sebuah buku. Oleh kerana sistem berada dalam keseimbangan, maka a=0. Memandangkan berat badan adalah sama dengan daya graviti, dan juga mengabaikan jisim cawan plastik, kita mendapat:

m₁g + m₂g - N=0=>

N=(m₁+ m₂)g

Diberikan bahawa ketumpatan air ialah 1 g/cm³, dan 1 ml bersamaan dengan 1cm³, kami memperoleh mengikut formula terbitan bahawa daya N ialah 5.4 newton.

Masalah dengan papan, dua sokongan dan satu beban

Papan yang jisimnya boleh diabaikan terletak pada dua sokongan padu. Panjang papan ialah 2 meter. Apakah daya tindak balas setiap sokongan jika berat 3 kg diletakkan pada papan ini di tengah?

Sebelum meneruskan penyelesaian masalah, adalah perlu untuk memperkenalkan konsep momen daya. Dalam fizik, nilai ini sepadan dengan hasil darab daya dan panjang tuil (jarak dari titik penggunaan daya ke paksi putaran). Sistem dengan paksi putaran akan berada dalam keseimbangan jika jumlah momen daya ialah sifar.

Berbalik kepada tugas kita, mari kita hitung jumlah momen daya berbanding dengan salah satu sokongan (kanan). Mari kita nyatakan panjang papan dengan huruf L. Kemudian momen graviti beban akan sama dengan: