Узнайте, что такое сила нормальной реакции и как она действует на тело. Рассмотрите случаи выпуклой и вогнутой поверхности, а также тело, опирающееся на поверхность в двух точках. Узнайте, как рассчитать силу нормальной реакции и как она влияет на горизонтальные и наклонные поверхности. Читайте на NOCFN.
Cодержание
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.
См. также
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.
Сила реакции опоры на горизонтальной и наклонной поверхностях
На рисунках 3а и 3б изображены тела, находящиеся на горизонтальной и наклонной поверхностях.
При увеличении веса тела и коэффициента трения увеличивается сила трения. Сила трения скольжения действует в тех случаях, когда тело движется или пытаются сдвинуть с места.
Сила реакции опоры N — сила, при помощи которой опора действует на тело. Сила реакции опоры — сила, при помощи которой опора давит на тело, которое находится на ней. Из третьего закона Ньютона следует, что сила реакции опоры всегда равна силе, при помощи которой тело воздействует на опору. На неподвижной горизонтальной поверхности сила реакции опоры всегда равна весу тела или силе тяжести: N = Fт. На наклонной плоскости сила тяжести и сила, при помощи которой тело воздействует на опору, различаются.
Коэффициент трения скольжения — отношение силы трения к силе реакции опоры. Коэффициент трения между двумя любыми материалами легко определить, если возможно измерить силу трения, которая равна силе тяги, при которой тело перемещается равномерно, и силу тяжести, которая на горизонтальной поверхности равна силе реакции опоры. В таблице представлены различные коэффициенты трения скольжения.
Выводы
Сила нормальной реакции (иногда нормальная реакция опоры) — сила, действующая на тело со стороны опоры и направленная перпендикулярно («по нормали», «нормально») к поверхности соприкосновения. Она распределяется по площади зоны соприкосновения и подлежит учету при анализе динамики движения тела. Рассчитать силу нормальной реакции можно, используя законы Ньютона и знание коэффициента трения скольжения.
Литература:
См. также
Что нам скажет Википедия?
Сила нормальной реакции (иногда нормальная реакция опоры) — сила, действующая на тело со стороны опоры и направленная перпендикулярно («по нормали», «нормально») к поверхности соприкосновения. Распределена по площади зоны соприкосновения. Подлежит учёту при анализе динамики движения тела. Фигурирует в законе Амонтона — Кулона.
Одним из часто обсуждаемых примеров для иллюстрации силы нормальной реакции является случай нахождения небольшого тела на наклонной плоскости. При этом для простоты считается, что сила реакции приложена в одной точке соприкосновения.
Для расчёта в этом случае используется формула:
где
- N — модуль вектора силы нормальной реакции,
- m — масса тела,
- g — ускорение свободного падения,
- θ — угол между плоскостью опоры и горизонтальной плоскостью.
Выписанной формулой отражается тот факт, что вдоль направления, перпендикулярного наклонной плоскости, движения нет. Это значит, что величина силы нормальной реакции равна проекции силы тяжести mg на указанное направление.
Из закона Амонтона — Кулона следует, что для модуля вектора силы нормальной реакции при скольжении тела справедливо соотношение:
где
- F — сила трения скольжения,
- μ — коэффициент трения.
Сила трения покоя вычисляется по формуле |f| = mg sin θ. Можно экспериментально найти такое значение угла θ = θcrit, при котором тело приходит в движение, то есть трение покоя сменяется трением скольжения. В этих условиях сила трения покоя будет равна силе трения скольжения: mg sin θcrit = μmg cos θcrit. Отсюда выражается коэффициент трения: μ = tg θcrit.
Литература
