Matatizo ya usawa katika fizikia yanazingatiwa katika sehemu ya tuli. Moja ya nguvu muhimu ambayo iko katika mfumo wowote wa mitambo katika usawa ni nguvu ya majibu ya msaada. Ni nini na inawezaje kuhesabiwa? Maswali haya yamefafanuliwa kwa kina katika makala.
Je, ni maoni gani ya usaidizi?
Kila mmoja wetu hutembea kila siku juu ya uso wa dunia au kwenye sakafu, kufungua mlango, kukaa kwenye kiti, kuegemea meza, kupanda kutua. Katika matukio haya yote, kuna nguvu ya majibu ya msaada, ambayo inafanya uwezekano wa kutekeleza vitendo vilivyoorodheshwa. Nguvu hii katika fizikia inaashiriwa na herufi N na inaitwa kawaida.
Kulingana na ufafanuzi, nguvu ya kawaida N ni nguvu ambayo usaidizi hutenda kazi kwenye mwili unapogusana nao. Inaitwa kawaida kwa sababu inaelekezwa kando ya kawaida (perpendicular) hadi kwenye uso.
Mwitikio wa kawaida wa usaidizi kila mara hutokea kama jibu la nguvu ya nje kwa moja auuso mwingine. Ili kuelewa hili, mtu anapaswa kukumbuka sheria ya tatu ya Newton, ambayo inasema kwamba kwa kila hatua kuna majibu. Mwili unapobonyeza usaidizi, usaidizi hufanya kazi kwenye mwili kwa moduli sawa na mwili ulio juu yake.
Sababu ya kuonekana kwa nguvu ya kawaida N
Sababu hii iko katika nguvu ya unyumbufu. Ikiwa miili miwili imara, bila kujali nyenzo ambayo imefanywa, huguswa na kushinikizwa kidogo dhidi ya kila mmoja, basi kila mmoja wao huanza kuharibika. Kulingana na ukubwa wa nguvu za kaimu, mabadiliko ya mabadiliko. Kwa mfano, ikiwa uzito wa kilo 1 umewekwa kwenye ubao mwembamba, ulio juu ya misaada miwili, basi itainama kidogo. Mzigo huu ukiongezwa hadi kilo 10, kiasi cha deformation kitaongezeka.
Mgeuko unaojitokeza huwa unarejesha umbo asili wa mwili, huku ukitengeneza nguvu fulani nyororo. Mwisho huathiri mwili na huitwa majibu ya usaidizi.
Ukiangalia kiwango cha ndani zaidi, kikubwa zaidi, unaweza kuona kwamba nguvu nyumbufu inaonekana kama matokeo ya muunganiko wa makombora ya atomiki na kurudishwa kwao baadae kutokana na kanuni ya Pauli.
Jinsi ya kukokotoa nguvu ya kawaida?
Tayari imesemwa hapo juu kuwa moduli yake ni sawa na nguvu inayotokana inayoelekezwa kwa uso unaozingatiwa. Hii ina maana kwamba ili kuamua majibu ya msaada, ni muhimu kwanza kuunda equation ya mwendo, kwa kutumia sheria ya pili ya Newton, pamoja na mstari wa moja kwa moja ambao ni perpendicular kwa uso. Kutokamlinganyo huu, unaweza kupata thamani N.
Njia nyingine ya kubainisha nguvu N ni kuhusisha hali ya kimwili ya mizani ya muda wa nguvu. Njia hii ni rahisi kutumia ikiwa mfumo una shoka za mzunguko.
Muda wa nguvu ni thamani ambayo ni sawa na bidhaa ya nguvu inayotenda na urefu wa lever ikilinganishwa na mhimili wa mzunguko. Katika mfumo wa usawa, jumla ya muda wa nguvu daima ni sawa na sifuri. Hali ya mwisho inatumika kupata thamani isiyojulikana N.
Kumbuka kwamba ikiwa kuna usaidizi mmoja kwenye mfumo (mhimili mmoja wa mzunguko), nguvu ya kawaida itaunda dakika sifuri kila wakati. Kwa hivyo, kwa matatizo kama haya, mbinu iliyoelezwa hapo juu inapaswa kutumika kwa kutumia sheria ya Newton ili kubainisha majibu ya usaidizi.
Hakuna fomula mahususi ya kukokotoa nguvu N. Inabainishwa kutokana na kusuluhisha milinganyo inayolingana ya mwendo au usawa kwa mfumo unaozingatiwa wa miili.
Hapa chini tunatoa mifano ya kusuluhisha matatizo, ambapo tunaonyesha jinsi ya kukokotoa majibu ya kawaida ya usaidizi.
Tatizo la Ndege Inayoelekea
Baa imepumzika kwenye ndege iliyoinama. Uzito wa boriti ni kilo 2. Ndege ina mwelekeo wa upeo wa macho kwa pembe ya 30o. Nguvu ya kawaida N ni ipi?
Jukumu hili si gumu. Ili kupata jibu kwa hilo, inatosha kuzingatia nguvu zote zinazofanya kando ya mstari wa perpendicular kwa ndege. Kuna nguvu mbili tu kama hizo: N na makadirio ya mvuto Fgy. Kwa kuwa wanatenda katika mwelekeo tofauti, mlinganyo wa Newton wa mfumo utachukua fomu:
ma=N - Fgy
Kwa sababu boriti imepumzika, kuongeza kasi ni sifuri, kwa hivyo mlinganyo huwa:
N=Fgy
Makadirio ya nguvu ya uvutano kwenye kawaida kwa ndege si vigumu kupata. Kutoka kwa mambo ya kijiometri, tunapata:
N=Fgy=mgcos(α)
Ikibadilisha data kutoka kwa hali, tunapata: N=17 N.
Tatizo la viunga viwili
Ubao mwembamba umewekwa kwenye vihimili viwili, ambavyo wingi wake si muhimu. Katika 1/3 ya msaada wa kushoto, mzigo wa kilo 10 uliwekwa kwenye ubao. Ni muhimu kubainisha miitikio ya viunga.
Kwa kuwa kuna vihimili viwili kwenye tatizo, ili kulitatua, unaweza kutumia hali ya usawa kupitia nyakati za nguvu. Ili kufanya hivyo, kwanza tunafikiri kwamba moja ya msaada ni mhimili wa mzunguko. Kwa mfano, sawa. Katika hali hii, wakati hali ya usawa itachukua fomu:
N1L - mg2/3L=0
Hapa L ni umbali kati ya viunga. Kutokana na usawa huu inafuata kwamba majibu ya N1msaada wa kushoto ni sawa na:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Vile vile, tunapata mwitikio wa usaidizi unaofaa. Mlinganyo wa wakati wa kesi hii ni:
mg1/3L - N2L=0.
Kutoka tunakopata:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32.7 N.
Kumbuka kuwa jumla ya miitikio iliyopatikana ya viunga ni sawa na uzito wa mzigo.
