Jak najít normální sílu mezi dvěma bloky: Několik přístupů a příklady problémů

Jak najít normálovou sílu mezi dvěma bloky

Pokud jde o pochopení interakce mezi dvěma bloky, hraje klíčovou roli koncept normálové síly. Normálová síla je síla, kterou působí povrch, aby unesl váhu předmětu, který na něm spočívá. V případě dvou bloků v kontaktu je normálová síla síla, kterou působí jeden blok na druhý kolmo ke kontaktní ploše. V tomto příspěvku na blogu prozkoumáme, jak najít normální sílu mezi dvěma bloky, s ohledem na různé faktory, jako je tření, gravitace, hmotnost a hmotnost.

Identifikace proměnných

Než se ponoříme do výpočtů, seznamme se s proměnnými podílejícími se na hledání normálové síly mezi dvěma bloky.

m1 a m2: Hmotnosti dvou bloků, resp.
g: Gravitační zrychlení (přibližně 9.8 m/s^2).
N: Normálová síla mezi dvěma bloky.
F_použito: Jakákoli vnější síla působící na systém.
F_friction: Síla tření mezi bloky, pokud existuje.

Použití vzorce pro nalezení normální síly

Pro výpočet normálové síly mezi dvěma bloky musíme uvažovat síly působící na systém. Druhý Newtonův pohybový zákon říká, že součet všech sil působících na objekt je roven hmotnosti objektu vynásobené jeho zrychlením. V tomto případě můžeme aplikovat druhý Newtonův zákon na systém dvou bloků.

Vzorec pro nalezení normálové síly lze odvodit z druhého Newtonova zákona takto:

$Sigma F = m_{text{total}} cdot a$

Zde, $Sigma F$ představuje součet všech sil působících na systém, $m_{text{total}}$ je celková hmotnost systému $součet hmotností dvou bloků) a (a$ je zrychlení systému.

Protože chceme najít normálovou sílu mezi dvěma bloky, můžeme rovnici přeskupit, abychom ji řešili $N$ :

$N = m_{text{total}} cdot a - F_{text{applied}} - F_{text{friction}}$

Vypracovaný příklad: Výpočet normálové síly

Podívejme se na příklad, který ilustruje, jak vypočítat normálovou sílu mezi dvěma bloky. Předpokládejme, že máme dva bloky o hmotnosti 2 kg a 3 kg, které spočívají na povrchu bez tření. Na systém působí vnější síla 20 N.

Abychom našli normálovou sílu, můžeme postupovat takto:

Vypočítejte celkovou hmotnost systému: $m_{text{total}} = m_1 + m_2 = 2 , text{kg} + 3 , text{kg} = 5 , text{kg}$ .
Určete zrychlení systému: Protože na bloky vodorovně nepůsobí žádné tření ani žádná jiná vnější síla, zrychlení je nulové. $(a = 0$ ).
Dosaďte hodnoty do vzorce pro výpočet normálové síly: $N = 5 , text{kg} cdot 0 - 20 , text{N} - 0 = -20 , text{N}$ .

V tomto příkladu záporná hodnota normálové síly indikuje, že bloky jsou tlačeny proti sobě, spíše než aby byly od sebe odtahovány.

Faktory ovlivňující normální sílu mezi dvěma bloky

Nyní, když víme, jak vypočítat normálovou sílu, pojďme prozkoumat faktory, které mohou ovlivnit její velikost.

Role tření při určování normálové síly

Když mezi dvěma bloky dochází ke tření, síla tření ovlivňuje normálovou sílu. Síla tření působí proti relativnímu pohybu mezi bloky a závisí na koeficientu tření $(mu$ ) a samotná normálová síla. Vzorec pro výpočet třecí síly je:

Viz také Čistá síla vs síla: Srovnávací analýza a podrobná fakta

$F_{text{friction}} = mu cdot N$

Kde $mu$ je koeficient tření.

Vliv gravitace na normální sílu

Gravitační síla působící na každý blok přispívá k normálové síle mezi nimi. Hmotnost každého bloku vytváří gravitační sílu směrem dolů. Vzorec pro výpočet hmotnosti je:

$text{Hmotnost} = m cdot g$

Kde $m$ je hmotnost bloku a $g$ je gravitační zrychlení.

Vliv hmotnosti a hmotnosti na normální sílu

Hmotnost a hmotnost bloků také ovlivňuje normálovou sílu mezi nimi. S rostoucí hmotností nebo hmotností bloků se zvyšuje i normálová síla. Je to proto, že váha bloků vytváří sílu směrem dolů, která musí být vyvážena normálovou silou.

Pokročilé koncepty související s normální silou

Pojďme prozkoumat několik pokročilých konceptů souvisejících s normálovou silou mezi dvěma bloky.

Pochopení normální reakce mezi dvěma bloky

Normálová síla může být také označována jako normálová reakce. Říká se tomu reakce, protože je to síla, která působí jako odpověď na jinou sílu (v tomto případě na váhu bloků). Normálová síla je vždy kolmá ke styčné ploše mezi bloky.

Jak vypočítat napětí mezi dvěma bloky

V situacích, kdy jsou dva bloky spojeny lanem nebo provázkem, je možné vypočítat napětí mezi nimi. Napětí je síla přenášená lanem nebo provázkem a rovná se co do velikosti normálové síle mezi bloky. Výpočtem normálové síly můžeme určit napětí v laně nebo provázku.

Vypracovaný příklad: Nalezení kontaktní síly mezi dvěma bloky bez tření

Předpokládejme, že máme dva bloky o hmotnosti 4 kg a 6 kg, které spočívají na povrchu bez tření. Na systém působí vnější síla 30 N.

Abychom našli kontaktní sílu mezi dvěma bloky (která je ekvivalentní normálové síle), můžeme postupovat takto:

Vypočítejte celkovou hmotnost systému: $m_{text{total}} = m_1 + m_2 = 4 , text{kg} + 6 , text{kg} = 10 , text{kg}$ .
Určete zrychlení systému: Protože na bloky vodorovně nepůsobí žádné tření ani žádná jiná vnější síla, zrychlení je nulové. $(a = 0$ ).
Dosaďte hodnoty do vzorce pro výpočet normálové síly: $N = 10 , text{kg} cdot 0 - 30 , text{N} - 0 = -30 , text{N}$ .

V tomto příkladu záporná hodnota normálové síly indikuje, že bloky jsou tlačeny proti sobě.

Pochopením pojmů a vzorců souvisejících s normálovou silou můžeme analyzovat a předvídat chování bloků v různých scénářích. Ať už jde o výpočet normálové síly v jednoduchém systému nebo zvažování vlivu tření a gravitace, zvládnutí tohoto konceptu je zásadní pro pochopení fyziky objektů v pohybu.

Viz také Síla ve velkém třesku: Odhalení tajemství stvoření

Nyní, když dobře rozumíte tomu, jak najít normálovou sílu mezi dvěma bloky, můžete tyto koncepty aplikovat na širokou škálu scénářů. Při výpočtu normálové síly nezapomeňte vzít v úvahu faktory, jako je tření, gravitace, hmotnost a hmotnost.

Jak souvisí koncept nalezení normálové síly mezi dvěma bloky s myšlenkou „Hledání koeficientu kinetického tření“?

Abychom pochopili, jak se koncept hledání normálové síly mezi dvěma bloky protíná s myšlenkou „Hledání koeficientu kinetického tření“, je nezbytné zvážit vztah mezi těmito dvěma faktory ve fyzikálním problému. Normálová síla je kolmá síla vyvíjená povrchem k podpoře objektu v kontaktu, zatímco koeficient kinetického tření představuje třecí sílu mezi dvěma povrchy v relativním pohybu. Určením normálové síly lze pak vypočítat koeficient kinetického tření, jak je uvedeno v článku "Zjištění koeficientu kinetického tření". Tento článek poskytuje komplexní návod, jak vypočítat koeficient kinetického tření pomocí různých metod, což může být přínosné ve scénářích, kde je zapojena normálová síla mezi dvěma bloky.

Numerické úlohy o tom, jak najít normálovou sílu mezi dvěma bloky

1 problém:

Dva bloky, A a B, jsou umístěny nad sebou na vodorovné ploše. Blok A má hmotnost 5 kg a blok B má hmotnost 8 kg. Koeficient tření mezi blokem A a povrchem je 0.3, zatímco koeficient tření mezi blokem B a blokem A je 0.2. Určete normálovou sílu mezi dvěma bloky.

Řešení:

Zadáno:
– hmotnost bloku A, $m_A = 5$ kg
– hmotnost bloku B, $m_B = 8$ kg
– součinitel tření mezi blokem A a povrchem, $mu_{A} = 0.3$
– součinitel tření mezi blokem B a blokem A, $mu_{B} = 0.2$

Abychom našli normálovou sílu mezi bloky, musíme zvážit síly působící na každý blok jednotlivě.

Pro blok A:
Hmotnost bloku A, $W_A = m_A cdot g$ , Kde $g$ je gravitační zrychlení.
Normálová síla na bloku A, $N_A$ , je rovna a opačné hmotnosti, takže $N_A = W_A$ .
Třecí síla působící na blok A, $F_{fA}$ , lze určit pomocí rovnice $F_{fA} = mu_{A} cdot N_A$ .

Pro blok B:
Hmotnost bloku B, $W_B = m_B cdot g$ .
Třecí síla působící na blok B, $F_{fB}$ , lze určit pomocí rovnice $F_{fB} = mu_{B} cdot N_A$ .

Protože jsou oba bloky ve vzájemném kontaktu, normálová síla působící na blok B je rovna třecí síle působící na blok A, tzn. $N_B = F_{fA}$ .

Nyní spočítejme normálovou sílu $N_A$ na bloku A:
$N_A = W_A = m_A cdot g$

Dosazením zadaných hodnot:
$N_A = 5 , text{kg} krát 9.8 , text{m/s}^2$

Nakonec můžeme vypočítat normálovou sílu $N_B$ na bloku B:
$N_B = F_{fA} = mu_{A} cdot N_A$

Dosazením zadaných hodnot:
$N_B = 0.3 krát N_A$

Výpočet $N_B$ :
$N_B = 0.3krát (5, text{kg} krát 9.8, text{m/s}^2)$

Normálová síla mezi dvěma bloky je tedy $N_B$ .

2 problém:

Dva dřevěné bloky, P a Q, jsou umístěny na stole. Blok P má hmotnost 10 kg a blok Q má hmotnost 5 kg. Koeficient tření mezi blokem P a stolem je 0.4, zatímco koeficient tření mezi blokem Q a stolem je 0.3. Určete normálovou sílu mezi dvěma bloky.

Viz také Jak zlepšit zaměření magnetické energie v urychlovačích částic pro pokročilý výzkum

Řešení:

Zadáno:
– hmotnost bloku P, $m_P = 10$ kg
– hmotnost bloku Q, $m_Q = 5$ kg
– Koeficient tření mezi blokem P a stolem, $mu_{P} = 0.4$
– Koeficient tření mezi blokem Q a stolem, $mu_{Q} = 0.3$

Abychom našli normálovou sílu mezi bloky, musíme zvážit síly působící na každý blok jednotlivě.

Pro blok P:
Hmotnost bloku P, $W_P = m_P cdot g$ , Kde $g$ je gravitační zrychlení.
Normálová síla na bloku P, $N_P$ , je rovna a opačné hmotnosti, takže $N_P = W_P$ .
Třecí síla působící na blok P, $F_{fP}$ , lze určit pomocí rovnice $F_{fP} = mu_{P} cdot N_P$ .

Pro blok Q:
Hmotnost bloku Q, $W_Q = m_Q cdot g$ .
Třecí síla působící na blok Q, $F_{fQ}$ , lze určit pomocí rovnice $F_{fQ} = mu_{Q} cdot N_Q$ .

Protože jsou oba bloky ve vzájemném kontaktu, normálová síla působící na blok Q je rovna třecí síle působící na blok P, tzn. $N_Q = F_{fP}$ .

Nyní spočítejme normálovou sílu $N_P$ na bloku P:
$N_P = W_P = m_P cdot g$

Dosazením zadaných hodnot:
$N_P = 10 , text{kg} krát 9.8 , text{m/s}^2$

Nakonec můžeme vypočítat normálovou sílu $N_Q$ na bloku Q:
$N_Q = F_{fP} = mu_{P} cdot N_P$

Dosazením zadaných hodnot:
$N_Q = 0.4 krát N_P$

Výpočet $N_Q$ :
$N_Q = 0.4krát (10, text{kg} krát 9.8, text{m/s}^2)$

Normálová síla mezi dvěma bloky je tedy $N_Q$ .

3 problém:

Dva bloky, X a Y, jsou spojeny provázkem procházejícím přes kladku bez tření. Blok X má hmotnost 6 kg a je na vodorovném povrchu, zatímco blok Y má hmotnost 4 kg a visí svisle. Určete normálovou sílu mezi dvěma bloky.

Řešení:

Zadáno:
– hmotnost bloku X, $m_X = 6$ kg
– hmotnost bloku Y, $m_Y = 4$ kg

Abychom našli normálovou sílu mezi bloky, musíme zvážit síly působící na každý blok jednotlivě.

Pro blok X:
Hmotnost bloku X, $W_X = m_X cdot g$ , Kde $g$ je gravitační zrychlení.
Normálová síla na bloku X, $N_X$ , je rovna a opačné hmotnosti, takže $N_X = W_X$ .

Pro blok Y:
Hmotnost bloku Y, $W_Y = m_Y cdot g$ .
Napětí ve struně, $T$ , je rovna a opačné hmotnosti, takže $T = W_Y$ .

Protože jsou oba bloky spojeny, normálová síla působící na blok Y je rovna napětí ve struně, tzn. $N_Y = T$ .

Nyní spočítejme normálovou sílu $N_X$ na bloku X:
$N_X = W_X = m_X cdot g$

Dosazením zadaných hodnot:
$N_X = 6, text{kg} krát 9.8, text{m/s}^2$

Nakonec můžeme vypočítat normálovou sílu $N_Y$ na bloku Y:
$N_Y = T = W_Y = m_Y cdot g$

Dosazením zadaných hodnot:
$N_Y = 4 , text {kg} krát 9.8 , text {m/s}^2$

Normálová síla mezi dvěma bloky je tedy $N_Y$ .

Také čtení:

Riya Pandey

Jsem Riya Pandey. V roce 2021 jsem dokončil postgraduální studium fyziky. V současné době pracuji jako předmětový expert ve fyzice pro Lambdageeky. Snažím se vysvětlit předmět fyziky snadno srozumitelným jednoduchým způsobem.