Les problèmes d'équilibre en physique sont traités dans la section de statique. L'une des forces importantes présentes dans tout système mécanique en équilibre est la force de réaction du support. Qu'est-ce que c'est et comment peut-il être calculé? Ces questions sont détaillées dans l'article.
Quelle est la réaction du support ?
Chacun de nous se promène quotidiennement à la surface de la terre ou sur le sol, ouvre la porte, s'assoit sur une chaise, s'appuie sur la table, monte sur le palier. Dans tous ces cas, il existe une force de réaction du support, qui permet de réaliser les actions listées. Cette force en physique est désignée par la lettre N et est appelée normale.
Selon la définition, la force normale N est la force avec laquelle le support agit sur le corps en contact physique avec lui. Elle est appelée normale car elle est dirigée le long de la normale (perpendiculaire) à la surface.
La réaction de support normale se produit toujours comme une réponse d'une force externe à un ouautre surface. Pour comprendre cela, il faut se souvenir de la troisième loi de Newton, qui stipule qu'à chaque action correspond une réaction. Lorsque le corps appuie sur le support, le support agit sur le corps avec le même module de force que le corps sur lui.
La raison de l'apparition de la force normale N
Cette raison réside dans la force de l'élasticité. Si deux corps solides, quels que soient les matériaux dont ils sont faits, sont mis en contact et légèrement pressés l'un contre l'autre, alors chacun d'eux commence à se déformer. En fonction de l'amplitude des forces agissantes, la déformation change. Par exemple, si un poids de 1 kg est placé sur une planche mince, qui repose sur deux supports, il se pliera légèrement. Si cette charge est augmentée à 10 kg, la quantité de déformation augmentera.
La déformation émergente tend à restaurer la forme originale du corps, tout en créant une certaine force élastique. Cette dernière affecte le corps et s'appelle la réaction de soutien.
Si vous regardez à un niveau plus profond et plus large, vous pouvez voir que la force élastique apparaît à la suite de la convergence des couches atomiques et de leur répulsion subséquente en raison du principe de Pauli.
Comment calculer la force normale ?
Il a déjà été dit plus haut que son module est égal à la force résultante dirigée perpendiculairement à la surface considérée. Cela signifie que pour déterminer la réaction du support, il faut d'abord formuler une équation de mouvement, en utilisant la deuxième loi de Newton, le long d'une droite perpendiculaire à la surface. Depuiscette équation, vous pouvez trouver la valeur N.
Une autre façon de déterminer la force N est de faire intervenir la condition physique de l'équilibre des moments de forces. Cette méthode est pratique à utiliser si le système a des axes de rotation.
Le moment de force est une valeur égale au produit de la force agissante et de la longueur du levier par rapport à l'axe de rotation. Dans un système en équilibre, la somme des moments des forces est toujours égale à zéro. La dernière condition est utilisée pour trouver la valeur inconnue N.
Notez que s'il y a un support dans le système (un axe de rotation), la force normale créera toujours un moment nul. Par conséquent, pour de tels problèmes, la méthode décrite ci-dessus doit être appliquée en utilisant la loi de Newton pour déterminer la réaction d'appui.
Il n'y a pas de formule spécifique pour calculer la force N. Il est déterminé à la suite de la résolution des équations de mouvement ou d'équilibre correspondantes pour le système de corps considéré.
Ci-dessous, nous donnons des exemples de résolution de problèmes, où nous montrons comment calculer la réaction de support normale.
Problème de plan incliné
La barre est au repos sur un plan incliné. La masse de la poutre est de 2 kg. L'avion est incliné par rapport à l'horizon à un angle de 30o. Quelle est la force normale N ?
Cette tâche n'est pas difficile. Pour y répondre, il suffit de considérer toutes les forces qui agissent le long d'une ligne perpendiculaire au plan. Il n'y a que deux forces de ce type: N et la projection de la gravité Fgy. Puisqu'ils agissent dans des directions différentes, l'équation de Newton pour le système prendra la forme:
ma=N - Fgy
Parce que la poutre est au repos, l'accélération est nulle, donc l'équation devient:
N=Fgy
La projection de la force de gravité sur la normale au plan n'est pas difficile à trouver. D'après des considérations géométriques, nous trouvons:
N=Fgy=mgcos(α)
En substituant les données de la condition, on obtient: N=17 N.
Problème avec deux supports
Une planche mince est posée sur deux supports dont la masse est insignifiante. A 1/3 du support gauche, une charge de 10 kg a été placée sur la planche. Il est nécessaire de déterminer les réactions des supports.
Puisqu'il y a deux supports dans le problème, pour le résoudre, vous pouvez utiliser la condition d'équilibre à travers les moments de forces. Pour ce faire, nous supposons d'abord que l'un des supports est l'axe de rotation. Par exemple, à droite. Dans ce cas, la condition d'équilibre de moment prendra la forme:
N1L - mg2/3L=0
Ici L est la distance entre les supports. De cette égalité il résulte que la réaction de N1support gauche est égale à:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
De même, on retrouve la réaction du bon support. L'équation du moment pour ce cas est:
mg1/3L - N2L=0.
D'où nous obtenons:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Notez que la somme des réactions trouvées des supports est égale à la gravité de la charge.
