Tin học là một trong những nhánh của vật lý hiện đại nghiên cứu các điều kiện để các vật thể và hệ thống ở trạng thái cân bằng cơ học. Để giải quyết các vấn đề về cân bằng, điều quan trọng là phải biết phản lực hỗ trợ là gì. Bài viết này dành để xem xét chi tiết vấn đề này.
Định luật thứ hai và thứ ba của Newton
Trước khi xem xét định nghĩa của phản lực hỗ trợ, chúng ta nên nhớ nguyên nhân gây ra chuyển động của các vật.
Lý do cho sự vi phạm cân bằng cơ học là tác động lên cơ thể của các lực bên ngoài hoặc bên trong. Kết quả của hành động này, cơ thể nhận được một gia tốc nhất định, được tính bằng công thức sau:
F=ma
Mục này được gọi là định luật thứ hai của Newton. Ở đây lực F là kết quả của tất cả các lực tác dụng lên cơ thể.
Nếu một vật tác dụng với một lực F1¯ lên vật thứ hai thì vật thứ hai tác dụng lên vật thứ nhất một lực tuyệt đối bằng F2 ¯, nhưng nó hướng ngược hướng với F1¯. Tức là bình đẳng là đúng:
F1¯=-F2¯
Mục nhập này là một biểu thức toán học cho định luật thứ ba của Newton.
Khi giải các bài toán sử dụng định luật này, học sinh thường mắc sai lầm khi so sánh các lực này. Ví dụ, một con ngựa đang kéo xe, trong khi ngựa trên xe và xe trên ngựa tác dụng cùng một môđun lực. Tại sao sau đó toàn bộ hệ thống lại chuyển động? Câu trả lời cho câu hỏi này có thể được đưa ra một cách chính xác nếu chúng ta nhớ rằng cả hai lực này đều được tác dụng lên các vật thể khác nhau, vì vậy chúng không cân bằng lẫn nhau.
Hỗ trợ phản lực
Đầu tiên, chúng ta hãy đưa ra một định nghĩa vật lý của lực này, và sau đó chúng ta sẽ giải thích bằng một ví dụ về cách nó hoạt động. Vì vậy, phản lực thông thường của giá đỡ là lực tác dụng lên cơ thể từ mặt bên. Ví dụ, chúng tôi đặt một cốc nước trên bàn. Để tấm kính không chuyển động với gia tốc rơi tự do, bàn tác dụng lên nó một lực cân bằng với trọng lực. Đây là phản ứng hỗ trợ. Nó thường được ký hiệu bằng chữ N.
Lực N là một giá trị tiếp điểm. Nếu có sự tiếp xúc giữa các cơ thể, thì nó luôn xuất hiện. Trong ví dụ trên, giá trị của N bằng giá trị tuyệt đối với trọng lượng của cơ thể. Tuy nhiên, sự bình đẳng này chỉ là một trường hợp đặc biệt. Phản lực hỗ trợ và trọng lượng cơ thể là những lực hoàn toàn khác nhau có bản chất khác nhau. Sự bình đẳng giữa chúng luôn bị vi phạm khi góc nghiêng của mặt phẳng thay đổi, lực tác dụng bổ sung xuất hiện hoặc khi hệ chuyển động với tốc độ nhanh.
Lực N được gọi là bình thườngbởi vì nó luôn hướng vuông góc với mặt phẳng của bề mặt.
Nếu chúng ta nói về định luật thứ ba của Newton, thì trong ví dụ trên với một cốc nước trên bàn, trọng lượng của cơ thể và lực pháp tuyến N không phải là tác dụng và phản lực, vì cả hai đều tác dụng lên cùng một cơ thể (ly nước).
Nguyên nhân vật lý của N
Như đã tìm hiểu ở trên, phản lực của giá đỡ ngăn cản sự xâm nhập của một số chất rắn vào những chất rắn khác. Tại sao sức mạnh này lại xuất hiện? Lý do là sự biến dạng. Bất kỳ vật rắn nào khi chịu tác dụng của tải trọng đều bị biến dạng đàn hồi. Lực đàn hồi có xu hướng khôi phục lại hình dạng trước đây của cơ thể, vì vậy nó có tác dụng nổi, biểu hiện dưới dạng phản ứng hỗ trợ.
Nếu chúng ta xem xét vấn đề ở cấp độ nguyên tử, thì sự xuất hiện của giá trị N là kết quả của nguyên lý Pauli. Khi các nguyên tử tiến lại gần nhau một chút, lớp vỏ electron của chúng bắt đầu chồng lên nhau, dẫn đến sự xuất hiện của lực đẩy.
Có vẻ lạ đối với nhiều người rằng một cốc nước có thể làm biến dạng bàn, nhưng thực tế là vậy. Sự biến dạng rất nhỏ nên không thể quan sát được bằng mắt thường.
Cách tính lực N?
Cần phải nói ngay rằng không có công thức xác định cho phản lực hỗ trợ. Tuy nhiên, có một kỹ thuật có thể được sử dụng để xác định N cho hoàn toàn bất kỳ hệ thống cơ quan tương tác nào.
Phương pháp xác định giá trị của N như sau:
- đầu tiên hãy viết ra định luật thứ hai của Newton cho hệ đã cho, có tính đến tất cả các lực tác động trong nó;
- tìm hình chiếu kết quả của tất cả các lực theo hướng tác động của phản lực hỗ trợ;
- giải phương trình Newton thu được theo hướng đã đánh dấu sẽ dẫn đến giá trị mong muốn N.
Khi lập phương trình động lực học, người ta nên đặt các dấu hiệu của lực tác dụng một cách cẩn thận và chính xác.
Bạn cũng có thể tìm thấy phản lực hỗ trợ nếu bạn không sử dụng khái niệm lực mà sử dụng khái niệm khoảnh khắc của chúng. Sức hút của các mômen lực là công bằng và thuận tiện cho các hệ thống có điểm hoặc trục quay.
Tiếp theo, chúng tôi sẽ đưa ra hai ví dụ về giải các bài toán, trong đó chúng tôi sẽ chỉ ra cách sử dụng định luật II Newton và khái niệm mômen lực để tìm giá trị của N.
Vấn đề với cái ly trên bàn
Ví dụ này đã được đưa ra ở trên. Giả sử rằng một cốc nhựa 250 ml chứa đầy nước. Nó được đặt trên bàn, và một cuốn sách nặng 300 gam được đặt trên mặt kính. Phản lực của bàn tựa là gì?
Hãy viết một phương trình động lực học. Chúng tôi có:
ma=P1+ P2- N
Ở đây P1và P2lần lượt là trọng lượng của một cốc nước và một cuốn sách. Vì hệ ở trạng thái cân bằng nên a=0. Coi trọng lượng của cơ thể bằng trọng lực, đồng thời bỏ qua khối lượng của cốc nhựa, ta được:
m1 g + m2 g - N=0=>
N=(m1+ m2)g
Cho rằng khối lượng riêng của nước là 1 g / cm3, và 1 ml bằng 1cm3, chúng tôi thu được theo công thức suy ra rằng lực N là 5,4 newton.
Sự cố với bảng, hai giá đỡ và tải trọng
Một tấm ván có thể bỏ qua khối lượng nằm trên hai giá đỡ vững chắc. Chiều dài của bảng là 2 mét. Phản lực của mỗi giá đỡ sẽ là bao nhiêu nếu đặt một quả nặng 3 kg vào tấm ván này ở giữa?
Trước khi tiến hành giải bài toán, cần đưa ra khái niệm mômen lực. Trong vật lý, giá trị này tương ứng với tích của lực và chiều dài của đòn bẩy (khoảng cách từ điểm đặt lực đến trục quay). Một hệ có trục quay sẽ ở trạng thái cân bằng nếu tổng mômen của các lực bằng 0.
Quay lại nhiệm vụ của chúng ta, hãy tính tổng mômen của các lực liên quan đến một trong các giá đỡ (bên phải). Hãy ký hiệu chiều dài của tấm ván bằng chữ L. Khi đó mômen trọng lực của tải trọng sẽ bằng:
M1=-mgL / 2
Ở đây L / 2 là đòn bẩy của trọng lực. Dấu trừ xuất hiện vì thời điểm M1quay ngược chiều kim đồng hồ.
Mômen của phản lực của giá đỡ sẽ bằng:
M2=NL
Vì hệ ở trạng thái cân bằng nên tổng các mômen phải bằng không. Chúng tôi nhận được:
M1+ M2=0=>
NL + (-mgL / 2)=0=>
N=mg / 2=39, 81/2=14,7 N
Lưu ý rằng lực N không phụ thuộc vào chiều dài của tấm ván.
Cho phép đối xứng vị trí của tải trọng trên bảng so với các gối tựa, phản lựchỗ trợ bên trái cũng sẽ bằng 14,7 N.
