يتم النظر في مشاكل التوازن في الفيزياء في قسم الإحصائيات. إحدى القوى المهمة الموجودة في أي نظام ميكانيكي في حالة توازن هي قوة رد فعل الدعم. ما هو وكيف يمكن حسابه؟ هذه الأسئلة مفصلة في المقال
ما هو رد فعل الدعم؟
يمشي كل منا يوميًا على سطح الأرض أو على الأرض ، ويفتح الباب ، ويجلس على كرسي ، ويتكئ على الطاولة ، ويصعد الهبوط. في جميع هذه الحالات ، هناك قوة رد فعل للدعم ، مما يجعل من الممكن تنفيذ الإجراءات المذكورة. يُشار إلى هذه القوة في الفيزياء بالحرف N وتسمى الطبيعي.
وفقًا للتعريف ، القوة الطبيعية N هي القوة التي يعمل بها الدعم على الجسم عند التلامس الجسدي معه. يطلق عليه العادي لأنه موجه على طول العمودي (العمودي) على السطح.
يحدث رد فعل الدعم الطبيعي دائمًا كرد فعل لقوة خارجية لواحد أوسطح آخر. لفهم هذا ، يجب على المرء أن يتذكر قانون نيوتن الثالث ، الذي ينص على أنه لكل فعل رد فعل. عندما يضغط الجسم على الدعم ، يعمل الدعم على الجسم بنفس معامل القوة مثل الجسم عليه.
سبب ظهور القوة الطبيعية N
هذا السبب يكمن في قوة المرونة. إذا تم التلامس بين جسمين صلبين ، بغض النظر عن المواد التي صنعا منها ، وضغطهما قليلاً على بعضهما البعض ، فإن كل منهما يبدأ في التشوه. اعتمادًا على حجم القوى المؤثرة ، يتغير التشوه. على سبيل المثال ، إذا تم وضع وزن 1 كجم على لوح رفيع ، وهو على دعامتين ، فسوف ينحني قليلاً. إذا زاد هذا الحمل إلى 10 كجم سيزداد مقدار التشوه.
يميل التشوه الناشئ إلى استعادة الشكل الأصلي للجسم ، مع تكوين بعض القوة المرنة. هذا الأخير يؤثر على الجسم ويسمى رد فعل الدعم.
إذا نظرت إلى مستوى أعمق وأكبر ، يمكنك أن ترى أن القوة المرنة تظهر نتيجة تقارب الأصداف الذرية وتنافرها اللاحق بسبب مبدأ باولي.
كيف تحسب القوة العادية؟
لقد سبق أن قيل أعلاه أن معامله يساوي القوة الناتجة الموجهة بشكل عمودي على السطح قيد الدراسة. هذا يعني أنه لتحديد رد فعل الدعم ، من الضروري أولاً صياغة معادلة للحركة ، باستخدام قانون نيوتن الثاني ، على طول خط مستقيم عمودي على السطح. من عندفي هذه المعادلة ، يمكنك إيجاد القيمة N.
طريقة أخرى لتحديد القوة N هي إشراك الحالة المادية لتوازن لحظات القوى. هذه الطريقة مناسبة للاستخدام إذا كان النظام يحتوي على محاور دوران.
لحظة القوة هي قيمة تساوي ناتج القوة المؤثرة وطول الرافعة بالنسبة لمحور الدوران. في نظام في حالة توازن ، يكون مجموع لحظات القوى دائمًا مساويًا للصفر. يستخدم الشرط الأخير لإيجاد القيمة غير المعروفة N.
لاحظ أنه إذا كان هناك دعم واحد في النظام (محور دوران واحد) ، فإن القوة العادية ستخلق دائمًا لحظة صفرية. لذلك ، بالنسبة لمثل هذه المشكلات ، يجب تطبيق الطريقة الموضحة أعلاه باستخدام قانون نيوتن لتحديد رد فعل الدعم.
لا توجد صيغة محددة لحساب القوة N. يتم تحديده كنتيجة لحل معادلات الحركة أو التوازن المقابلة لنظام الأجسام المدروس.
أدناه نقدم أمثلة على حل المشكلات ، حيث نعرض كيفية حساب رد فعل الدعم العادي.
مشكلة الطائرة المائلة
الشريط في وضع السكون على مستوى مائل. كتلة الشعاع 2 كجم. يميل المستوى إلى الأفق بزاوية 30o. ما هي القوة الطبيعية N؟
هذه المهمة ليست صعبة. للحصول على إجابة لها ، يكفي النظر في جميع القوى التي تعمل على طول خط عمودي على المستوى. لا يوجد سوى نوعين من هذه القوى: N وإسقاط الجاذبية Fgy.نظرًا لأنهم يعملون في اتجاهات مختلفة ، فإن معادلة نيوتن للنظام ستأخذ الشكل:
ma=N - Fgy
نظرًا لأن الشعاع في حالة سكون ، فإن التسارع يساوي صفرًا ، وبالتالي تصبح المعادلة:
N=Fgy
ليس من الصعب العثور على إسقاط قوة الجاذبية على المستوى الطبيعي على المستوى. من الاعتبارات الهندسية نجد:
N=Fgy=مزكوس (α)
استبدال البيانات من الحالة ، نحصل على: N=17 N.
مشكلة مع دعامتين
يتم وضع لوح رفيع على دعامتين ، كتلتهما ضئيلة. عند 1/3 من الدعم الأيسر ، تم وضع حمولة 10 كجم على اللوحة. من الضروري تحديد ردود فعل الدعامات
نظرًا لوجود دعمين في المشكلة ، لحلها ، يمكنك استخدام حالة التوازن خلال لحظات القوى. للقيام بذلك ، نفترض أولاً أن أحد الدعامات هو محور الدوران. على سبيل المثال ، صحيح. في هذه الحالة ، ستأخذ حالة التوازن اللحظي الشكل:
N1 L - مز2/3L=0
هنا L هي المسافة بين الدعامات. من هذه المساواة يترتب على ذلك أن رد فعل N1دعم اليسار يساوي:
N1=2/3مز=2/3109 ، 81=65 ، 4 N.
وبالمثل ، نجد رد فعل الدعم المناسب. المعادلة اللحظية لهذه الحالة هي:
مز1/3L - N2 L=0.
من حيث نحصل:
N2=1/3مز=1/3109 ، 81=32.7 شمالًا
لاحظ أن مجموع التفاعلات التي تم العثور عليها للدعامات يساوي جاذبية الحمل.
