Mendukung gaya reaksi: definisi dan rumus

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Statika adalah salah satu cabang fisika modern yang mempelajari kondisi benda dan sistem berada dalam kesetimbangan mekanik. Untuk menyelesaikan masalah keseimbangan, penting untuk mengetahui apa itu gaya reaksi pendukung. Artikel ini dikhususkan untuk membahas masalah ini secara mendetail.

Hukum kedua dan ketiga Newton

Sebelum mempertimbangkan definisi gaya reaksi tumpuan, kita harus mengingat apa yang menyebabkan gerakan benda.

Alasan pelanggaran keseimbangan mekanis adalah aksi pada tubuh kekuatan eksternal atau internal. Sebagai hasil dari tindakan ini, tubuh memperoleh percepatan tertentu, yang dihitung menggunakan persamaan berikut:

F=ma

Entri ini dikenal sebagai hukum kedua Newton. Di sini gaya F adalah resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda.

Jika satu benda bekerja dengan gaya tertentu F₁¯ pada benda kedua, maka benda kedua bekerja pada benda pertama dengan gaya absolut yang sama persis F_{2¯, tetapi menunjuk ke arah yang berlawanan dari F}1_{¯. Artinya, kesetaraan itu benar:}

F₁¯=-F₂¯

Entri ini adalah ekspresi matematika untuk hukum ketiga Newton.

Saat menyelesaikan masalah menggunakan hukum ini, siswa sering membuat kesalahan dalam membandingkan gaya-gaya ini. Sebagai contoh, seekor kuda sedang menarik sebuah kereta, sedangkan kuda di atas kereta dan kereta di atas kuda itu mengerahkan modulo gaya yang sama. Lalu mengapa seluruh sistem bergerak? Jawaban atas pertanyaan ini dapat diberikan dengan benar jika kita ingat bahwa kedua gaya ini diterapkan pada benda yang berbeda, sehingga tidak seimbang satu sama lain.

Mendukung gaya reaksi

Pertama, mari kita berikan definisi fisik dari gaya ini, dan kemudian kami akan menjelaskan dengan contoh cara kerjanya. Jadi, gaya reaksi normal penyangga adalah gaya yang bekerja pada tubuh dari sisi permukaan. Misalnya, kita meletakkan segelas air di atas meja. Untuk mencegah kaca bergerak dengan percepatan jatuh bebas, meja bekerja di atasnya dengan gaya yang menyeimbangkan gaya gravitasi. Ini adalah reaksi dukungan. Biasanya dilambangkan dengan huruf N.

Force N adalah nilai kontak. Jika ada kontak antara tubuh, maka itu selalu muncul. Pada contoh di atas, nilai N sama dengan nilai absolut dengan berat badan. Namun, kesetaraan ini hanya kasus khusus. Reaksi pendukung dan berat badan adalah kekuatan yang sama sekali berbeda dari sifat yang berbeda. Kesetaraan di antara mereka selalu dilanggar ketika sudut kemiringan bidang berubah, gaya kerja tambahan muncul, atau ketika sistem bergerak dengan laju yang dipercepat.

Gaya N disebut normalkarena selalu menunjuk tegak lurus terhadap bidang permukaan.

Jika kita berbicara tentang hukum III Newton, maka pada contoh di atas dengan segelas air di atas meja, berat benda dan gaya normal N bukanlah aksi dan reaksi, karena keduanya diterapkan pada tubuh yang sama (gelas air).

Penyebab fisik N

Seperti yang ditemukan di atas, gaya reaksi penyangga mencegah penetrasi beberapa padatan ke yang lain. Mengapa kekuatan ini muncul? Alasannya adalah deformasi. Setiap benda padat di bawah pengaruh beban awalnya berubah bentuk secara elastis. Gaya elastis cenderung mengembalikan bentuk tubuh sebelumnya, sehingga memiliki efek apung, yang memanifestasikan dirinya dalam bentuk reaksi dukungan.

Jika kita mempertimbangkan masalah pada tingkat atom, maka kemunculan nilai N adalah hasil dari prinsip Pauli. Ketika atom saling mendekat sedikit, kulit elektronnya mulai tumpang tindih, yang mengarah pada munculnya gaya tolak.

Mungkin tampak aneh bagi banyak orang bahwa segelas air dapat merusak meja, tetapi memang demikian. Deformasinya sangat kecil sehingga tidak dapat diamati dengan mata telanjang.

Bagaimana cara menghitung gaya N?

Harus segera dikatakan bahwa tidak ada rumus pasti untuk gaya reaksi tumpuan. Namun demikian, ada teknik yang dapat digunakan untuk menentukan N untuk semua sistem benda yang berinteraksi.

Cara menentukan nilai N adalah sebagai berikut:

pertama tuliskan hukum kedua Newton untuk sistem yang diberikan, dengan memperhitungkan semua gaya yang bekerja di dalamnya;
temukan proyeksi yang dihasilkan dari semua gaya pada arah aksi reaksi tumpuan;
menyelesaikan persamaan Newton yang dihasilkan dalam arah yang ditandai akan menghasilkan nilai N yang diinginkan.

Saat menyusun persamaan dinamis, seseorang harus menempatkan tanda-tanda gaya yang bekerja dengan hati-hati dan benar.

Anda juga dapat menemukan reaksi dukungan jika Anda tidak menggunakan konsep gaya, tetapi konsep momen mereka. Gaya tarik-menarik momen gaya cukup adil dan sesuai untuk sistem yang memiliki titik atau sumbu rotasi.

Selanjutnya, kami akan memberikan dua contoh penyelesaian masalah di mana kami akan menunjukkan bagaimana menggunakan hukum kedua Newton dan konsep momen gaya untuk menemukan nilai N.

Masalah dengan gelas di atas meja

Contoh ini sudah diberikan di atas. Asumsikan gelas plastik 250 ml diisi dengan air. Itu diletakkan di atas meja, dan sebuah buku seberat 300 gram diletakkan di atas gelas. Berapakah gaya reaksi penyangga meja?

Mari kita tulis persamaan dinamis. Kami memiliki:

ma=P₁+ P₂- N

Di sini P₁ dan P₂ masing-masing adalah berat segelas air dan sebuah buku. Karena sistem dalam keadaan setimbang, maka a=0. Mengingat berat benda sama dengan gaya gravitasi, dan juga mengabaikan massa gelas plastik, kita mendapatkan:

m₁g + m₂g - N=0=>

N=(m₁+ m₂)g

Mengingat massa jenis air adalah 1 g/cm³, dan 1 ml sama dengan 1cm³, kita peroleh menurut rumus turunan bahwa gaya N adalah 5,4 newton.

Masalah dengan papan, dua penyangga dan beban

Sebuah papan yang massanya dapat diabaikan bertumpu pada dua penyangga yang kokoh. Panjang papan adalah 2 meter. Berapakah gaya reaksi masing-masing penyangga jika beban 3 kg diletakkan di papan ini di tengah?

Sebelum melanjutkan ke solusi masalah, perlu untuk memperkenalkan konsep momen gaya. Dalam fisika, nilai ini sesuai dengan produk gaya dan panjang tuas (jarak dari titik penerapan gaya ke sumbu rotasi). Sistem dengan sumbu rotasi akan berada dalam kesetimbangan jika total momen gaya adalah nol.

Kembali ke tugas kita, mari kita hitung momen total gaya relatif terhadap salah satu tumpuan (kanan). Mari kita nyatakan panjang papan dengan huruf L. Maka momen gravitasi beban akan sama dengan: