Что называют нормальной силой?

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она направлена перпендикулярно поверхности, поэтому такую силу называют силой нормальной реакции. Узнайте больше о нормальной силе и ее важности в анализе механики движения тела.

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она направлена перпендикулярно поверхности, поэтому такую силу называют силой нормальной реакции. Обозначают ее символом N и измеряют в Ньютонах.

Тело находится на выпуклой или вогнутой поверхности

Рассмотрим рисунок 1. Тело находится на опоре и давит на нее своим весом. Опора реагирует на воздействие тела и отвечает ему силой N. Эта сила направлена перпендикулярно поверхности, вдоль вектора нормали, поэтому ее называют нормальной силой.

Примечания:

• N(H) – сила, с которой опора действует на тело.
• Когда тело находится на выпуклой поверхности (рис. 1а), реакция направлена вдоль радиуса от центра сферы наружу, за ее пределы.
• Если же тело находится на вогнутой части (рис. 1б) поверхности, реакция N направлена по радиусу внутрь сферической поверхности к ее центру.

Тело опирается на поверхность в двух точках

На рисунках 2а и 2б изображено продолговатое тело (к примеру, стержень), опирающееся на поверхности двумя своими точками.

В точках соприкосновения поверхность отвечает телу силой N своей реакции. Видно, что каждая сила реакции направлена перпендикулярно поверхности.

Силы реакции N1 и N2  имеют различные направления и в общем случае не равны по модулю.

N1 ≠ N2

Примечание: Сила — это вектор. Между векторами можно ставить знак равенства, только когда совпадают характеристики векторов.

Как рассчитать силу нормальной реакции

Пусть тело давит на опору своим весом. В местах соприкосновения тела с опорой наблюдается упругая деформация. При этом опора стремится избавиться от возникшей деформации и вернуться в первоначальное состояние. Силы, с которыми опора упруго сопротивляется воздействию тела, имеют электромагнитную природу. Когда сближаются электронные оболочки атомов тела и опоры, между ними возникает сила отталкивания. Она и является силой реакции опоры на воздействие тела.

Примечание: Сила реакции N распределяется по всей площади соприкосновения тела и опоры. Но для удобства ее обычно считают сосредоточенной силой. Ее изображают на границах соприкасающихся поверхностей исходящей из точки, расположенной под центром масс тела.

Для того, чтобы рассчитать силу реакции, нужно понимать законы Ньютона, уметь составлять силовые уравнения и знать, что такое равнодействующая.

Примеры силы нормальной реакции

На рисунке 3 изображены тела, находящиеся на горизонтальной (а) и наклонной (б) поверхности.

Сила нормальной реакции играет важную роль в анализе движения этих тел. На горизонтальной поверхности сила нормальной реакции равна весу тела, так как нет дополнительных сил, действующих в вертикальном направлении.

На наклонной поверхности сила нормальной реакции зависит от угла наклона и может быть рассчитана с помощью соответствующей формулы.

Сила нормальной реакции также играет важную роль в определении силы трения, которая возникает при движении тела по поверхности. Сила трения скольжения зависит от силы нормальной реакции и коэффициента трения между телом и поверхностью.

Важно понимать, что сила нормальной реакции зависит от условий соприкосновения тела и опоры, а также от внешних сил, действующих на тело. Правильное понимание и учет этой силы являются важными аспектами в анализе механики движения тела.

Что нам скажет Википедия?

Сила нормальной реакции, или нормальная сила, является силой, действующей на тело со стороны опоры и направленной перпендикулярно к поверхности соприкосновения. Она распределена по площади зоны соприкосновения и играет важную роль при анализе динамики движения тела. Сила нормальной реакции учитывается в законе Амонтона – Кулона.

Примером, часто используемым для иллюстрации силы нормальной реакции, является ситуация, когда небольшое тело находится на наклонной плоскости. В этом случае сила реакции считается приложенной в одной точке соприкосновения для упрощения расчетов.

Для расчета силы нормальной реакции на наклонной плоскости используется формула:

$|\{\backslash vec\; \{N\}\}|\; =\; m\; \backslash cdot\; g\; \backslash cdot\; \backslash cos(\backslash theta)$

Где |$\{\backslash vec\; \{N\}\}$| – модуль вектора силы нормальной реакции, m – масса тела, g – ускорение свободного падения, и θ – угол между плоскостью опоры и горизонтальной плоскостью.

Из закона Амонтона – Кулона следует, что при скольжении тела справедливо соотношение:

$|\{\backslash vec\; \{N\}\}|\; =\; |\{\backslash vec\; \{F\}\}|\; +\; \backslash mu\; \backslash cdot\; m\; \backslash cdot\; g$

Где |$\{\backslash vec\; \{F\}\}$| – сила трения скольжения, и μ – коэффициент трения.

Также существует сила трения покоя, которая действует при отсутствии движения и вычисляется по формуле:

$|\{\backslash vec\; \{f\}\}|\; =\; m\; \backslash cdot\; g\; \backslash cdot\; \backslash sin(\backslash theta)$

Коэффициент трения можно определить экспериментально, находя такое значение угла θ, при котором тело переходит из состояния покоя в состояние движения. В этом случае сила трения покоя будет равна силе трения скольжения, что приводит к выражению для коэффициента трения:

$\backslash mu\; =\; \backslash tan(\backslash theta\_\{crit\})$

Сила нормальной реакции и коэффициент трения являются важными понятиями в анализе механики движения тела.