Сили реакції

При зіткненні тіл, ці тіла можуть деформуватися. Часто ці деформації можуть бути надзвичайно малими, але, тим не менш, вони призводять до виникнення сил пружності, які в цьому випадку називаються силами реакції. Як і всі сили пружності, сили реакції спрямовані в бік, протилежний виниклим деформацій. Якщо два тіла можуть ковзати одне по іншому без тертя [1], то такі тіла називають гладкими. Для гладких поверхонь сила їх взаємодії спрямована перпендикулярно поверхні їхнього зіткнення і називається силою нормальної реакції. Безпосереднє обчислення сил реакції, як прояв сил пружності скрутно: для цього необхідно розрахувати деформації кожного тіла, що призводять до виникнення рівноважних сил пружності. У зв’язку з цим при вирішенні різних завдань, сили реакції, як правило, знаходять з умов рівноваги або законів руху тіл.

Розглянемо найпростішу ситуацію – твердий брусок маси m розташований на твердій горизонтальній поверхні (рис. 65). Під дією сили тяжіння mg⃗ mg → брусок вкрай незначно почне опускатися вниз, що призведе до незначних деформацій, як самого бруска, так і поверхні. У результаті з’являться сили пружності бруска і поверхні. Цей процес буде продовжуватися до тих пір, поки сила пружності, що діє з боку поверхні на брусок (тобто сила нормальної реакції) N⃗ N → не врівноважує силу тяжіння. Таким чином, в положенні рівноваги сила нормальної реакції виявляється рівною за величиною і протилежно спрямованої силі тяжіння N⃗ = -mg⃗ N → = -mg →. Знову підкреслимо, що цей висновок зроблено на підставі 2 закону Ньютона. На підставі третього закону Ньютона можна стверджувати: перше, сила тяжіння, дорівнює силі, з якою брусок притягує Землю; другий, сила пружності (реакції) N⃗ N →, діюча на брусок з боку поверхні, дорівнює за величиною і протилежна силі пружності N⃗ ‘N →’, з якою брусок діє на поверхню N⃗ = -N⃗ ‘N → = -N →’. Зустрічається в деяких невдалих навчальних посібниках твердження про те, що на поверхню діє сила тяжіння бруска mg⃗ mg →, є безглуздим.

Аналогічні міркування можна провести для сил, що діють на підвішене тіло. У цьому випадку сила тяжіння mg⃗ mg →, діє на тіло, врівноважується силою пружності (званої також силою натягу) T⃗ T →, що виникає в підвісі при його деформації (рис. 66).

У багатьох випадках деформації опори або підвісу є настільки малими, що ними можна знехтувати, однак, слід пам’ятати, що саме ці деформації є причиною виникнення сил реакції. Іншими словами, ми зустрічаємося з ситуацією «знехтувати можна – пояснити не можна».

Зробимо кілька зауважень пов’язаних з поняттям ваги тіла. Найбільш популярне визначення цієї фізичної величини наступне: вага тіла, це сила, з якою тіло діє на горизонтальну опору або вертикальний підвіс внаслідок притягання до Землі. При такому визначенні сила ваги нічим не відрізняється від сили реакції опори і підвісу, тому введення додаткового цього поняття є зайвим. Поняття ваги тіла може бути виправдане з фізіологічної точки зору. Справа в тому, що людина та інші живі істоти відчувають власну вагу, як сили впливу одних внутрішніх органів на інші. Саме з цими відчуттями пов’язані поняття перевантаження і невагомості. Надалі ми не будемо користуватися поняттям ваги тіла.

Посилання на основну публікацію