Закон всемирного тяготения. Сила упругости, закон Гука. Сила трения, закона Амонтона-Кулона.: Часть 4

Силы упругости: реакции опор и натяжения нитей

Рассмотрим силу нормальной реакции опоры. Слово нормальной означает перпендикулярной поверхности.

image.png Эта сила возникает в случае, если на поверхность помещают другое тело. На поверхность действует сила со стороны тела, под действием которой поверхность деформируется, в результате чего появляется сила упругости, которая пытается вернуть поверхность к недеформированному состоянию. Эта сила упругости и называется силой нормальной реакции опоры. В результате сила нормальной реакции опоры относится к силам упругости.

Сила реакции опоры – сила упругости, возникающая в опоре (столе, стене, доске) и препятствующая ее прогибу. Действует на тело и направлена перпендикулярно поверхности.

Свойства:

Возникает как реакция на давление тела на опору;

Всегда направлена по нормали к поверхности контакта;

Препятствует "продавливанию" опоры.

Рассмотрим некоторые примеры.

Пример 1. Лестница опирается на стену и пол. В точке контакта со стеной сила реакции опоры (стены) \vec{N}_1 направлена перпендикулярно стене (горизонтально), в точке контакта с полом сила реакции опоры (пола) \vec{N}_2 направлена перпендикулярно полу (вертикально вверх).

image.png

Пример 2. Лестница на ступеньке

Поверхность ступеньки наклонена, сила реакции опоры \vec{N} направлена перпендикулярно плоскости ступеньки (по нормали к поверхности).

image.png

Пример 3. Лестница на вогнутой поверхности.

Сила \vec{N}_1 направлена перпендикулярно лестнице, \vec{N}_2 направлена к центру кривизны чаши (радиус перпендикулярен касательной).

image.png

Сила натяжения нити – сила упругости, возникающая в подвесе (нити, тросе, цепи, канате) и препятствующая его удлинению.

Свойства:

Возникает при растяжении нити

Направлена вдоль нити к точке крепления

Препятствует разрыву нити

В качестве примеров можно рассмотреть маятник и конический маятник.

image.png image.png

Сила веса – это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес: \vec{P}=-\vec{N}, \vec{P} = -\vec{T}. Сила веса является парной силой к силе реакции опоры или натяжению нити по третьему закону Ньютона. Отметим, что сила веса приложена не к телу, а к опоре или подвесу.

Как найту величину сил N,T,P ?

Для опор и нитей деформации малы, поэтому в явном виде закон Гука применить затруднительно (деформации таких тел неизмеримы). В Поэтому силы N,T,P будем искать из условий движения или равновесия тел, применяя третий закон Ньютона.

Алгоритм решения:

Расставить силы, действующие на тело,

Записываем условие равновесия или применить второй закон Ньютона,

Найти N,T , действующие на тело со стороны опоры и/или подвеса,

Сила веса равна силе реакции опоры (натяжению нити) по третьему закону Ньютона.