Нормална сила

Во механиката, нормалната сила ${\displaystyle }$ е компонента, нормална на површината на контакт, од силата на контактот притисната на некое тело, на пример, на површината на подот или ѕид, која го спречува телото од паѓање. Тука "нормална" доаѓа од геометриска терминологија. Пример, ако човек стои мирно на некоја подлога, тогаш површинската реактивна сила се намалува заедно со нормална сила. Во друга честа ситуација, ако некое тело удри на површина со некоја брзина, а површината може да го издржи тоа, нормалната сила придонесува за брзо забавување, што ќе зависи од еластичноста на површината.

F_N претставува нормална сила

Равенки

Тежина (W), функционална сила (F_r), и нормална сила (F_n) влијае на коцка. Тежината е масата (m) помножена со тежината (g).

Во едноставен случај кога телото е поставено на површина, нормалната сила на телото е еднаква но спротивна по насока на гравитациската сила кое влијае на телото (или тежината на објектот), што е, ${\displaystyle }$, каде m е маса, и g е гравитациската привлечна сила (од прилика 9.81 m/s² на Земјата). Нормална сила тука претставува силата која ја соопштува површината на телото што го спречува да потоне низ површината, ако површината е доволно јака да ја издржи нормалната сила без да се скрши. Често е но и грешно да се претпостави дека нормална сила и тежината се однесуваат како акција-реакција. Во овој случај, нормалната сила и тежината треба да бидат еднакви по големина за да се објасни зошто не постои нагорно забрзување на телото. На пример, топка што одбива од површина и се движи нагоре забрзува нагоре бидејќи нормалната сила што дејствува на топката е поголема од тежината на топката.

Кога телото мирува на накривена површина, нормалната сила е нормална на рамнината на врз која што мирува телото. Сепак, нормалната сила ќе биде толку голема за да не потоне преку површината, под претпоставка дека површоната е доволно цврста да го издржи телото. Силата може да се пресмета како:

${\displaystyle }$

каде N е нормална сила, m е масата на објектот, g е Земјиното забрзување, и θ е аголот на наклонетата површина.

Нормална сила е една од неколкуте сили кои дејствуваат на телото. Други поважни сили кои дејствуваат на телото се триење и гравитациската сила.

Користење на вектори

Во принцип, големината на нормална сила, N, е проекција на нетото на површинската интеракциска сила, Т, во нормална насока, n, и векторот на нормалната сила може да се најде со скалирање на нормалната насока со нетото на површинската интеракциска сила. Површинската интеракциска сила, пак, е еднаква на производот на единицата нормална со Каучи стрес тензијата која ја опишува на стрес состојбата на површината. Тоа е,

${\displaystyle }$

Или,

${\displaystyle }$

Паралелната компонента на силата на контакт е позната како сила на триење (${\displaystyle }$).

Статичниот коефициент на триење за некое тело, на некоја закривена рамнина може да се пресметува на следниов начин:^[1]

${\displaystyle }$

за некој објект од точката на лизгање каде ${\displaystyle }$ е аголот помеѓу падината и хоризонтот.

Потекло

Како што е објаснето претходно, нормалната сили е контактна сила, што е, резултантна на силите меѓу конституентите на реалните ограничувања, и конституентите на телото. Кога телото и површината (ѕид, маса, друг објект, или било која површина) се притиснат едни против други, фан дер Валсовата сила, сила која расте многу голема многу брзо, се противи на ова и заради оваа причина двете тела не можат да дојдат во контакт едни со други. Ако двете тела потоа се одвојат, дури и на многу мала дистанца, нормалната сила исчезнува. Ова е поради тоа што меѓумолекулската сила брзо ја снемува и останува без точката на рамнотежа.^[2]

Примена во секојдневието

Кога еден човек стои во лифт кој е во мирување или движење на постојана брзина, нормалната сила на нозете на човекот ја урамнотежува неговата телесна тежина. Во лифт кој се забрзува нагоре, нормалната сила е поголема од тежината на лицето при мирување и така тежината на човекот се зголемува (што придонесува човекот да се ќувствува потешко). Во лифт кој забрзува надолу, нормалната сила е помала од тежината на лицето во мирување, затоа тежината му се намалува. Ако патникот застане на вага додека се возели во лифт, вагата ќе ја покажува нормалната сила која делува на нозете на патникот, и ќе биде различна од тежината на човекот во мирување ако лифтот се забрзува нагоре или надолу. Вагата ја мери нормалната сила (која се менува ако лифтот забрзува), а не гравитациската сила (што не се менува ако лифтот забрзува). Невозможно е да се измери точно гравитациската сила без да се знае за движењето на непосредната средина.^{[се бара извор]}

Кога се дефинира нагоре како позитивна насока, се добива вториот Њутнов закон и решението за нормалната сила на човекот во лифтот ќе се пресмета со следната равенка:

${\displaystyle }$

Наводи

1. Nichols, Edward Leamington; Franklin, William Suddards (1898). The Elements of Physics. 1. Macmillan. стр. 101.
2. Bettini, Alessandro. A Course in Classical Physics 1 - Mechanics. Springer. стр. 110. ISBN 978-3-319-29256-4.