ความแข็งแกร่งปกติ: ในแผน สูตร และแบบฝึกหัด

ความแข็งแกร่งปกติ (หรือธรรมดา) คือ แรงที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุ เมื่อเราใช้แรงกับพื้นผิว มันจะออกแรงปฏิกิริยากับเราใน ทิศทางเดียวกันอย่างไรก็ตามด้วย ความรู้สึกตรงกันข้าม ให้เป็นไปตาม กฎข้อที่สามของนิวตันแรงตั้งฉากต้องมีความเข้มเท่ากับที่ใช้กับพื้นผิว นอกจากนี้ ก็คือ เคยตั้งฉาก (มันทำมุม 90º) กับระนาบของพื้นผิวนี้

เมื่อวางวัตถุใดๆ บนพื้นผิวเรียบ แรงตั้งฉากจะกระทำ ไปในทิศทางเดียวกับคุณ น้ำหนักแต่มีทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้น แรงตั้งฉาก เขาสามารถยกเลิกตัวเอง ด้วยแรงน้ำหนักทำให้ร่างกายคงอยู่ใน สมดุล.

ตั้งแต่ ความแข็งแรงปกติและความแข็งแรงของน้ำหนัก กระทำในกายเดียวกันนั้น ไม่สามารถถือเป็นคู่การกระทำและปฏิกิริยาได้ดังที่กฎข้อที่สามของนิวตันกำหนด แรงคู่นี้ สามารถดำรงอยู่ในร่างกายที่แตกต่างกันเท่านั้น. ด้านล่างนี้ เราจะเข้าใจถึงความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักปกติและน้ำหนัก อย่างไรก็ตาม เพื่อให้คุณสามารถเข้าใจเนื้อหาของข้อความนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เราขอแนะนำให้คุณอ่านเกี่ยวกับ บทความ: กฎของนิวตัน.

หนังสือบนโต๊ะอัดด้วยน้ำหนักของมัน และโต๊ะก็ตอบสนองด้วยการใช้แรงตั้งฉากกับพวกมัน

ดูยัง:ดูเคล็ดลับเพื่อปรับปรุงการศึกษาฟิสิกส์ของคุณ

ความแข็งแรงปกติและความแข็งแรงของน้ำหนัก

อย่างที่บอก ความแข็งแรง น้ำหนัก และความแข็งแรงปกติ ไม่ใช่การกระทำและปฏิกิริยา. แม้ว่าพลังเหล่านี้ดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกันเสมอ แรงอัดใด ๆ ก็สามารถสร้างแรงปกติได้: เมื่อเราดันกำแพง ตัวอย่างเช่น มันจะออกแรงตั้งฉากมาที่เราซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิวของมัน

เป็นเรื่องปกติที่ได้ยินว่าปกติและน้ำหนัก เท่ากันจึงตัดกันออก. อย่างไรก็ตาม ข้อความนี้ มันไม่จริงเสมอไป. อันที่จริง นี่เป็นเพียงกรณีที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น: เมื่อวัตถุบางอย่างอยู่ในสมดุลและได้รับการสนับสนุนบนพื้นผิวที่เรียบอย่างสมบูรณ์ ภายใต้การกระทำพิเศษของน้ำหนัก ลองตรวจสอบบางกรณีที่ความแข็งแรงปกติไม่เท่ากับความแข็งแรงของน้ำหนัก:

• เมื่อมีการรองรับวัตถุใดๆ บนโต๊ะลาดเอียง แรงตั้งฉากจะไม่สอดคล้องกับแรงน้ำหนัก แต่จะมีผลเฉพาะกับส่วนประกอบในแนวตั้งเท่านั้น

• เมื่อเราพบว่าตัวเองอยู่ในลิฟต์ที่เคลื่อนที่ขึ้นเนินแบบเร่งความเร็ว แรงตั้งฉากที่กระทำโดยพื้นลิฟต์จะมีขนาดมากกว่าน้ำหนักของเรา

• เมื่อเราอยู่ในลิฟต์ที่วิ่งขึ้นอย่างรวดเร็ว แรงตั้งฉากจะมีขนาดน้อยกว่าน้ำหนักของเรา คล้ายกับเมื่อเรารู้สึกท้องไส้ปั่นป่วนเมื่อเราเข้าสู่ทางลาดชัน

• แรงตั้งฉากจะน้อยกว่าแรงน้ำหนักหากมีสิ่งใดดึงวัตถุขึ้น แม้ว่าวัตถุนี้จะยังคงอยู่กับที่ แต่การบีบอัดที่ทำกับพื้นก็น้อยลง

ดูยัง: เข้าใจว่าทำไมเราไม่รู้สึกว่าโลกหมุนไป

สูตรความแรงปกติ

ไม่มีสูตรเฉพาะสำหรับกำหนดความเข้มของแรงตั้งฉากที่กระทำต่อร่างกาย อย่างไรก็ตาม เรารู้ว่ามันจะเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่ร่างกายภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงได้รับการสนับสนุนบนพื้นผิวบางส่วน ในการค้นหาโมดูลแรงตั้งฉาก จำเป็นต้องประกอบ a แผนภาพร่างกายฟรีกล่าวคือเป็นตัวแทนของแรงที่กระทำต่อร่างกายและแสดงแรงตั้งฉากอย่างถูกต้องเป็นแรงที่สร้างมุม90ºกับพื้นผิว

เรียนรู้เพิ่มเติม:วิธีแก้แบบฝึกหัดกฎของนิวตัน

แรงตั้งฉากในระนาบ

กรณีที่วัตถุอยู่บนระนาบและอยู่ภายใต้การกระทำพิเศษของแรงน้ำหนักที่ง่ายที่สุด เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดที่เราจะศึกษาแรงตั้งฉาก ดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

ในสถานการณ์ที่แสดง เราจะเห็นว่าแรงน้ำหนักและแรงตั้งฉากหักล้างกัน ดังนั้นในกรณีนี้ แรงปกติจะมีความเข้มเท่ากับน้ำหนักตัว

บนเครื่องบิน ปกติและน้ำหนักจะถูกยกเลิก

แรงตั้งฉากบนระนาบเอียง

เมื่อวัตถุได้รับการสนับสนุนบน a พื้นผิวพิงแรงอัดที่กระทำบนพื้นผิวนี้จะเล็กกว่าที่เป็นแนวนอน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงน้ำหนักที่กระทำต่อวัตถุนั้นแบ่งออกเป็นสองส่วน และในกรณีนี้ แรงตั้งฉากจะถูกยกเลิกเฉพาะกับส่วนประกอบแนวตั้งของตุ้มน้ำหนักดังแสดงในแผนภาพร่างกายอิสระ ในรูปนี้:

บนระนาบเอียง เส้นตั้งฉากจะเท่ากับองค์ประกอบ y ของน้ำหนัก [1]

ดังแสดงในรูป แรงตั้งฉาก (N) และองค์ประกอบ y ของน้ำหนัก (P_y) กระทำไปในทิศเดียวกัน เราสามารถพูดได้ว่า ในสถานการณ์นี้ แรงทั้งสองนี้จะตัดกันออก ดังนั้น ค่าปกติจึงเท่ากับ พี_y:

บนระนาบเอียง ค่าปกติจะเท่ากับเศษเสี้ยวของน้ำหนักของวัตถุ

ความแรงปกติในลิฟต์

เมื่อเราอยู่ใน a ลิฟต์ที่นิ่งหรือขึ้นหรือลงด้วยความเร็วคงที่ปกติจะเท่ากับน้ำหนักของเราพอดี. อย่างไรก็ตาม หากมีการเร่งลิฟต์ไปในทิศทางใด (ขึ้นหรือลง) ค่าปกติอาจเล็กกว่าหรือใหญ่กว่าน้ำหนักของเรา ดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

ตามการประยุกต์ใช้ กฎข้อที่สองของนิวตัน, แรงที่เกิดขึ้นกับผู้ใช้ลิฟต์ในแต่ละกรณีจะเป็นตัวกำหนดว่าแรงตั้งฉากจะมากหรือน้อยเพียงใด เพื่อหาผลลัพธ์ในแต่ละสถานการณ์ เราใช้กฎหมายนี้

งานแรงปกติ

หากวัตถุใด ๆ ที่รองรับบนพื้นผิวแนวนอนเคลื่อนที่บน a ทิศทางขนาน สู่พื้นผิวนั้น แรงปกติที่กระทำต่อมันจะไม่ทำงาน. เนื่องจากแรงตั้งฉากมักเกิดขึ้นที่มุม 90° กับพื้นผิวเสมอ ดังที่เราทราบ คำจำกัดความของงานที่ทำโดยแรงบอกว่าแรงตั้งฉากกับการกระจัดนั้นไม่สามารถทำงานดังที่แสดงในสูตรนี้:

เนื่องจากมุมกับทิศทางแนวนอน แรงตั้งฉากจึงไม่ทำงาน

ความแข็งแรงปกติและมาตราส่วน

เมื่อเราก้าวขึ้นสู่สเกล เราไม่ได้วัดน้ำหนัก มวลของเราน้อยกว่ามาก อย่างน้อยก็ไม่ได้วัดโดยตรง. หากเรากำลังวัดขนาดใด ๆ เหล่านี้ มาตราส่วนจะไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในการวัดหากมีใครมาพิงไหล่ของเรา เป็นต้น

สิ่งที่มาตราส่วนวัดจริง ๆ คือแรงตั้งฉากที่กระทำโดยมัน ด้วยเหตุนี้ เครื่องชั่งทั่วไปส่วนใหญ่จึงติดตั้งด้วย สปริง สอบเทียบอย่างถูกต้อง เมื่อไหร่ ยาเม็ด, สปริงเหล่านี้ เบี้ยว, และขึ้นอยู่กับการเสียรูปนี้ซึ่งอย่างน้อยก็วัดมวลของเราโดยอ้อม

ดูยัง: ค้นพบการค้นพบบางอย่างในฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ

แก้ไขแบบฝึกหัดด้วยความแข็งแกร่งปกติ

คำถามที่ 1) เกี่ยวกับแรงตั้งฉาก ตรวจสอบทางเลือก check ไม่ถูกต้อง:

ก) แรงตั้งฉากจะตั้งฉากกับพื้นผิวเสมอ

ข) แรงตั้งฉากจะปรากฏเป็นปฏิกิริยาต่อน้ำหนักของร่างกายที่วางอยู่บนพื้นผิว

c) ปกติและน้ำหนักไม่ใช่คู่ของการกระทำและปฏิกิริยา

d) แรงตั้งฉากเป็นสัดส่วนกับแรงที่วัตถุบีบอัดพื้นผิว

จ) ความแรงปกติจะไม่มีโมดูลัสเท่ากับความแข็งแรงของน้ำหนักเสมอไป

แม่แบบ: จดหมายข

ความละเอียด:

ทางเลือกที่ไม่ถูกต้องเพียงอย่างเดียวในรายการคือตัวอักษร B เนื่องจากแรงตั้งฉากไม่ใช่แรงปฏิกิริยาต่อแรงตุ้มน้ำหนัก ในความเป็นจริง แรงตั้งฉากคือแรงปฏิกิริยาอัดที่วางบนพื้นผิว

คำถามที่ 2) รองรับน้ำหนักตัว 5 กก. บนพื้นผิวเรียบ ในที่ที่มีแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 10 ม./วินาที² กำหนดความเข้มของแรงตั้งฉากที่กระทำต่อร่างกายนั้น

ก) 50 N

ข) 2 น

ค) 20 น

ง) 2.5 ไม่มี

จ) 25 N

คำติชม: จดหมาย

ความละเอียด:

พอจำได้ว่าเมื่อวัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลและได้รับการสนับสนุนบนพื้นผิวแนวนอน แรงตั้งฉากที่กระทำต่อวัตถุจะมีความเข้มเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ ตรวจสอบการคำนวณ:

ในรูป ผลลัพธ์แสดงว่าแรงตั้งฉากเท่ากับ 50 นิวตัน

คำถามที่ 3) ร่างกายที่มีมวลเท่ากับ 5 กก. ได้รับการสนับสนุนบนพื้นผิวที่ลาดเอียง เรียบ และไม่มีแรงเสียดทาน เมื่อรู้ว่ามุมเอียงของพื้นผิวสัมพันธ์กับทิศทางแนวนอนเท่ากับ 30° ให้กำหนดว่าแรงตั้งฉากที่กระทำต่อวัตถุนี้มีค่าเท่าใด

ก) 50 N

ข) 150 N

ค) 6 น

ง) 25 น

จ) 15 น

แม่แบบ: จดหมายD

ความละเอียด:

ตามที่ระบุไว้ในข้อความ เมื่อร่างกายได้รับการสนับสนุนบนพื้นผิวลาดเอียง ปกติจะสอดคล้องกับองค์ประกอบในแนวตั้งของน้ำหนัก (P_y). องค์ประกอบน้ำหนักนี้สามารถคำนวณได้โดยการคูณน้ำหนักด้วยโคไซน์ของมุมลาดเอียง เมื่อรู้ว่ามุมในกรณีนี้คือ 30º และ cos 30º เท่ากับ 0.5 จำเป็นต้องคำนวณดังต่อไปนี้:

เมื่อวิเคราะห์การคำนวณแล้ว จะเห็นว่า เมื่อมุมเอียงของระนาบเท่ากับ 30º ความเข้มของแรง ค่าปกติจะลดลงครึ่งหนึ่งหากวัตถุวางอยู่บนพื้นผิวที่สอดคล้องกับทิศทาง แนวนอน

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก