Els problemes d'equilibri en física es consideren a la secció d'estàtica. Una de les forces importants que està present en qualsevol sistema mecànic en equilibri és la força de reacció del suport. Què és i com es pot calcular? Aquestes preguntes es detallen a l'article.
Quina és la reacció del suport?
Cada de nos altres camina diàriament per la superfície de la terra o per terra, obre la porta, s'asseu en una cadira, recolzat a la taula, s'enfila pel replà. En tots aquests casos, hi ha una força de reacció del suport, que permet dur a terme les accions enumerades. Aquesta força en física es denota amb la lletra N i s'anomena normal.
Segons la definició, la força normal N és la força amb la qual el suport actua sobre el cos en contacte físic amb ell. S'anomena normal perquè es dirigeix al llarg de la normal (perpendicular) a la superfície.
La reacció normal de suport sempre es produeix com a resposta d'una força externa a una o altra superfície. Per entendre-ho, cal recordar la tercera llei de Newton, que diu que per a cada acció hi ha una reacció. Quan el cos prem el suport, el suport actua sobre el cos amb el mateix mòdul de força que el cos sobre ell.
El motiu de l'aparició de la força normal N
Aquest motiu rau en la força de l'elasticitat. Si dos cossos sòlids, independentment dels materials dels quals estiguin fets, es posen en contacte i es pressionen lleugerament l'un contra l' altre, llavors cadascun d'ells comença a deformar-se. En funció de la magnitud de les forces actuants, la deformació canvia. Per exemple, si es col·loca un pes d'1 kg en un tauler prim, que està sobre dos suports, es doblegarà lleugerament. Si augmenta aquesta càrrega a 10 kg, la quantitat de deformació augmentarà.
La deformació emergent tendeix a restaurar la forma original del cos, alhora que crea una mica de força elàstica. Aquesta última afecta el cos i s'anomena reacció de suport.
Si mireu un nivell més profund i més gran, podeu veure que la força elàstica apareix com a resultat de la convergència de les capes atòmiques i la seva posterior repulsió a causa del principi de Pauli.
Com calcular la força normal?
Ja s'ha dit anteriorment que el seu mòdul és igual a la força resultant dirigida perpendicularment a la superfície considerada. Això vol dir que per determinar la reacció del suport, primer cal formular una equació de moviment, utilitzant la segona llei de Newton, al llarg d'una recta que sigui perpendicular a la superfície. Des deaquesta equació, podeu trobar el valor N.
Una altra manera de determinar la força N és implicar la condició física de l'equilibri dels moments de forces. Aquest mètode és convenient si el sistema té eixos de rotació.
El moment de la força és un valor que és igual al producte de la força d'actuació per la longitud de la palanca en relació amb l'eix de gir. En un sistema en equilibri, la suma dels moments de forces és sempre igual a zero. L'última condició s'utilitza per trobar el valor desconegut N.
Tingueu en compte que si hi ha un suport al sistema (un eix de rotació), la força normal sempre crearà un moment zero. Per tant, per a aquests problemes, el mètode descrit anteriorment s'hauria d'aplicar mitjançant la llei newtoniana per determinar la reacció de suport.
No hi ha una fórmula específica per calcular la força N. Es determina com a resultat de resoldre les corresponents equacions de moviment o equilibri per al sistema de cossos considerat.
A continuació donem exemples de resolució de problemes, on mostrem com calcular la reacció de suport normal.
Problema del pla inclinat
La barra està en repòs en un pla inclinat. La massa de la biga és de 2 kg. El pla s'inclina respecte a l'horitzó amb un angle de 30o. Quina és la força normal N?
Aquesta tasca no és difícil. Per obtenir una resposta, n'hi ha prou de considerar totes les forces que actuen al llarg d'una recta perpendicular al pla. Només hi ha dues forces d'aquest tipus: N i la projecció de la gravetat Fgy. Com que actuen en diferents direccions, l'equació de Newton per al sistema tindrà la forma:
ma=N - Fgy
Com que el feix està en repòs, l'acceleració és zero, de manera que l'equació es converteix en:
N=Fgy
La projecció de la força de gravetat sobre la normal al pla no és difícil de trobar. A partir de consideracions geomètriques, trobem:
N=Fgy=mgcos(α)
Substituint les dades de la condició, obtenim: N=17 N.
Problema amb dos suports
Es col·loca un tauler prim sobre dos suports, la massa dels quals és insignificant. A 1/3 del suport esquerre, es va col·locar una càrrega de 10 kg al tauler. Cal determinar les reaccions dels suports.
Com que hi ha dos suports en el problema, per resoldre'l, podeu utilitzar la condició d'equilibri a través dels moments de forces. Per fer-ho, primer assumim que un dels suports és l'eix de gir. Per exemple, correcte. En aquest cas, la condició d'equilibri moment prendrà la forma:
N1L - mg2/3L=0
Aquí L és la distància entre els suports. D'aquesta igu altat es dedueix que la reacció del suport de N1esquerra és igual a:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
De la mateixa manera, trobem la reacció del suport adequat. L'equació del moment per a aquest cas és:
mg1/3L - N2L=0.
D'on obtenim:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Tingueu en compte que la suma de les reaccions trobades dels suports és igual a la gravetat de la càrrega.
