Problemet e ekuilibrit në fizikë konsiderohen në seksionin e statikës. Një nga forcat e rëndësishme që është e pranishme në çdo sistem mekanik në ekuilibër është forca e reagimit të mbështetjes. Çfarë është dhe si mund të llogaritet? Këto pyetje janë të detajuara në artikull.
Cili është reagimi mbështetës?
Secili prej nesh ecën çdo ditë në sipërfaqen e tokës ose në dysheme, hap derën, ulet në një karrige, i mbështetur në tryezë, ngjitet në ulje. Në të gjitha këto raste ka një forcë reagimi të mbështetjes, e cila bën të mundur kryerjen e veprimeve të listuara. Kjo forcë në fizikë shënohet me shkronjën N dhe quhet normale.
Sipas përkufizimit, forca normale N është forca me të cilën mbështetja vepron mbi trupin në kontakt fizik me të. Quhet normale sepse drejtohet përgjatë normales (pingulës) me sipërfaqen.
Reagimi normal mbështetës ndodh gjithmonë si përgjigje e një force të jashtme ndaj një osesipërfaqe tjetër. Për ta kuptuar këtë, duhet mbajtur mend ligji i tretë i Njutonit, i cili thotë se për çdo veprim ka një reagim. Kur trupi shtyp mbi suportin, mbështetësi vepron mbi trup me të njëjtin modul force si trupi mbi të.
Arsyeja e shfaqjes së forcës normale N
Kjo arsye qëndron në forcën e elasticitetit. Nëse dy trupa të ngurtë, pavarësisht nga materialet nga të cilat janë bërë, vihen në kontakt dhe shtypen pak kundër njëri-tjetrit, atëherë secili prej tyre fillon të deformohet. Në varësi të madhësisë së forcave që veprojnë, deformimi ndryshon. Për shembull, nëse një peshë prej 1 kg vendoset në një dërrasë të hollë, e cila është në dy mbështetëse, atëherë ajo do të përkulet pak. Nëse kjo ngarkesë rritet në 10 kg, sasia e deformimit do të rritet.
Deformimi i shfaqur tenton të rivendosë formën origjinale të trupit, duke krijuar njëfarë force elastike. Ky i fundit ndikon në organizëm dhe quhet reagimi mbështetës.
Nëse shikoni në një nivel më të thellë, më të madh, mund të shihni se forca elastike shfaqet si rezultat i konvergjencës së predhave atomike dhe zmbrapsjes së tyre pasuese për shkak të parimit Pauli.
Si të llogarisim forcën normale?
Është thënë tashmë më lart se moduli i tij është i barabartë me forcën rezultuese të drejtuar pingul me sipërfaqen në shqyrtim. Kjo do të thotë se për të përcaktuar reaksionin e mbështetjes, fillimisht është e nevojshme të formulohet një ekuacion i lëvizjes, duke përdorur ligjin e dytë të Njutonit, përgjatë një vije të drejtë që është pingul me sipërfaqen. Ngakëtë ekuacion, ju mund të gjeni vlerën N.
Një mënyrë tjetër për të përcaktuar forcën N është përfshirja e gjendjes fizike të ekuilibrit të momenteve të forcave. Kjo metodë është e përshtatshme për t'u përdorur nëse sistemi ka boshte rrotullimi.
Momenti i forcës është një vlerë që është e barabartë me produktin e forcës vepruese dhe gjatësinë e levës në raport me boshtin e rrotullimit. Në një sistem në ekuilibër, shuma e momenteve të forcave është gjithmonë e barabartë me zero. Kushti i fundit përdoret për të gjetur vlerën e panjohur N.
Vini re se nëse ka një mbështetje në sistem (një bosht rrotullimi), forca normale do të krijojë gjithmonë një moment zero. Prandaj, për probleme të tilla, metoda e përshkruar më sipër duhet të zbatohet duke përdorur ligjin e Njutonit për të përcaktuar reagimin mbështetës.
Nuk ka asnjë formulë specifike për llogaritjen e forcës N. Përcaktohet si rezultat i zgjidhjes së ekuacioneve përkatëse të lëvizjes ose ekuilibrit për sistemin e konsideruar të trupave.
Më poshtë japim shembuj të zgjidhjes së problemeve, ku tregojmë se si të llogarisim reagimin normal të mbështetjes.
Problemi i planit të pjerrët
Bari është në pushim në një plan të pjerrët. Masa e traut është 2 kg. Aeroplani është i prirur drejt horizontit në një kënd prej 30o. Cila është forca normale N?
Kjo detyrë nuk është e vështirë. Për të marrë një përgjigje për të, mjafton të merren parasysh të gjitha forcat që veprojnë përgjatë një vije pingul me rrafshin. Ekzistojnë vetëm dy forca të tilla: N dhe projeksioni i gravitetit Fgy. Meqenëse ato veprojnë në drejtime të ndryshme, ekuacioni i Njutonit për sistemin do të marrë formën:
ma=N - Fgy
Për shkak se rrezja është në qetësi, nxitimi është zero, kështu që ekuacioni bëhet:
N=Fgy
Projeksioni i forcës së rëndesës në normalen ndaj planit nuk është i vështirë për t'u gjetur. Nga konsideratat gjeometrike, gjejmë:
N=Fgy=mgcos(α)
Duke zëvendësuar të dhënat nga kushti, marrim: N=17 N.
Problem me dy mbështetje
Një dërrasë e hollë vendoset në dy mbështetëse, masa e të cilave është e parëndësishme. Në 1/3 e mbështetjes së majtë, një ngarkesë prej 10 kg u vendos në tabelë. Është e nevojshme të përcaktohen reagimet e mbështetësve.
Meqenëse problemi ka dy mbështetje, për ta zgjidhur atë, mund të përdorni kushtin e ekuilibrit përmes momenteve të forcave. Për ta bërë këtë, së pari supozojmë se një nga mbështetësit është boshti i rrotullimit. Për shembull, e drejtë. Në këtë rast, kushti i ekuilibrit të momentit do të marrë formën:
N1L - mg2/3L=0
Këtu L është distanca midis mbështetësve. Nga kjo barazi rrjedh se reagimi i N1 mbështetja e majtë është e barabartë me:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Në mënyrë të ngjashme, gjejmë reagimin e mbështetjes së duhur. Ekuacioni i momentit për këtë rast është:
mg1/3L - N2L=0.
Nga marrim:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Vini re se shuma e reaksioneve të gjetura të mbështetëseve është e barabartë me gravitetin e ngarkesës.
