Masalah kesetimbangan dalam fisika dibahas di bagian statika. Salah satu gaya penting yang ada dalam setiap sistem mekanik dalam kesetimbangan adalah gaya reaksi tumpuan. Apa itu dan bagaimana cara menghitungnya? Pertanyaan-pertanyaan ini dirinci dalam artikel.
Apa reaksi dukungannya?
Masing-masing dari kita setiap hari berjalan di permukaan bumi atau di lantai, membuka pintu, duduk di kursi, bersandar di meja, menaiki tangga. Dalam semua kasus ini, ada kekuatan reaksi dari dukungan, yang memungkinkan untuk melakukan tindakan yang terdaftar. Gaya ini dalam fisika dilambangkan dengan huruf N dan disebut normal.
Menurut definisi, gaya normal N adalah gaya yang dengannya tumpuan bekerja pada tubuh yang bersentuhan fisik dengannya. Disebut normal karena diarahkan sepanjang garis normal (tegak lurus) ke permukaan.
Reaksi dukungan normal selalu terjadi sebagai respons dari gaya eksternal terhadap satu ataupermukaan lainnya. Untuk memahami hal ini, kita harus mengingat hukum ketiga Newton, yang menyatakan bahwa untuk setiap aksi ada reaksi. Ketika tubuh menekan penyangga, penyangga bekerja pada tubuh dengan modulus gaya yang sama dengan tubuh di atasnya.
Alasan munculnya gaya normal N
Alasan ini terletak pada kekuatan elastisitas. Jika dua benda padat, terlepas dari bahan pembuatannya, bersentuhan dan sedikit ditekan satu sama lain, maka masing-masing mulai berubah bentuk. Tergantung pada besarnya gaya yang bekerja, deformasi berubah. Misalnya, jika beban 1 kg diletakkan di atas papan tipis, yang ada di dua penyangga, maka papan itu akan sedikit bengkok. Jika beban ini ditingkatkan menjadi 10 kg, jumlah deformasi akan meningkat.
Deformasi yang muncul cenderung mengembalikan bentuk asli tubuh, sekaligus menciptakan beberapa kekuatan elastis. Yang terakhir mempengaruhi tubuh dan disebut reaksi dukungan.
Jika Anda melihat lebih dalam, tingkat yang lebih besar, Anda dapat melihat bahwa gaya elastis muncul sebagai akibat dari konvergensi kulit atom dan tolakan berikutnya karena prinsip Pauli.
Bagaimana cara menghitung gaya normal?
Telah disebutkan di atas bahwa modulusnya sama dengan gaya yang dihasilkan yang diarahkan tegak lurus ke permukaan yang ditinjau. Artinya, untuk menentukan reaksi tumpuan, pertama-tama perlu dirumuskan persamaan gerak, menggunakan hukum kedua Newton, sepanjang garis lurus yang tegak lurus permukaan. Daripersamaan ini, Anda dapat menemukan nilai N.
Cara lain untuk menentukan gaya N adalah dengan melibatkan kondisi fisik keseimbangan momen gaya. Metode ini nyaman digunakan jika sistem memiliki sumbu rotasi.
Momen gaya adalah nilai yang sama dengan produk gaya yang bekerja dan panjang tuas relatif terhadap sumbu rotasi. Dalam sistem kesetimbangan, jumlah momen gaya selalu sama dengan nol. Kondisi terakhir digunakan untuk mencari nilai yang tidak diketahui N.
Perhatikan bahwa jika ada satu tumpuan dalam sistem (satu sumbu rotasi), gaya normal akan selalu menciptakan momen nol. Oleh karena itu, untuk masalah seperti itu, metode yang dijelaskan di atas harus diterapkan menggunakan hukum Newton untuk menentukan reaksi pendukung.
Tidak ada rumus khusus untuk menghitung gaya N. Ini ditentukan sebagai hasil dari penyelesaian persamaan gerak atau keseimbangan yang sesuai untuk sistem benda yang dipertimbangkan.
Di bawah ini kami memberikan contoh penyelesaian masalah, di mana kami menunjukkan cara menghitung reaksi dukungan normal.
Masalah Bidang Miring
Batang dalam keadaan diam pada bidang miring. Massa balok adalah 2 kg. Bidang miring ke cakrawala dengan sudut 30o. Berapakah gaya normal N?
Tugas ini tidak sulit. Untuk mendapatkan jawabannya, cukup dengan mempertimbangkan semua gaya yang bekerja sepanjang garis yang tegak lurus terhadap bidang. Hanya ada dua gaya seperti itu: N dan proyeksi gravitasi Fgy. Karena mereka bertindak dalam arah yang berbeda, persamaan Newton untuk sistem akan berbentuk:
ma=N - Fgy
Karena balok diam, percepatannya nol, jadi persamaannya menjadi:
N=Fgy
Proyeksi gaya gravitasi pada bidang normal tidak sulit ditemukan. Dari pertimbangan geometris, kami menemukan:
N=Fgy=mgcos(α)
Mengganti data dari kondisi, kita mendapatkan: N=17 N.
Masalah dengan dua dukungan
Sebuah papan tipis ditempatkan pada dua penyangga, yang massanya tidak signifikan. Pada 1/3 dari penyangga kiri, beban 10 kg ditempatkan di papan tulis. Hal ini diperlukan untuk menentukan reaksi dari dukungan.
Karena ada dua tumpuan dalam soal, untuk menyelesaikannya, Anda dapat menggunakan kondisi kesetimbangan melalui momen gaya. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita asumsikan bahwa salah satu penyangga adalah sumbu rotasi. Misalnya, benar. Dalam hal ini, kondisi kesetimbangan momen akan berbentuk:
N1L - mg2/3L=0
Di sini L adalah jarak antara penyangga. Dari persamaan ini dapat disimpulkan bahwa reaksi N1dukungan kiri sama dengan:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Demikian pula, kami menemukan reaksi dukungan yang tepat. Persamaan momen untuk kasus ini adalah:
mg1/3L - N2L=0.
Dari mana kita mendapatkan:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Perhatikan bahwa jumlah reaksi yang ditemukan dari tumpuan sama dengan gravitasi beban.
