Problemas de equilíbrio em física são considerados na seção de estática. Uma das forças importantes que está presente em qualquer sistema mecânico em equilíbrio é a força de reação do suporte. O que é e como pode ser calculado? Essas perguntas estão detalhadas no artigo.
Qual é a reação do suporte?
Cada um de nós caminha diariamente na superfície da terra ou no chão, abre a porta, senta-se numa cadeira, apoia-se na mesa, sobe o patamar. Em todos esses casos, há uma força de reação do apoio, que possibilita a realização das ações listadas. Essa força na física é denotada pela letra N e é chamada de normal.
Segundo a definição, a força normal N é a força com que o suporte atua sobre o corpo em contato físico com ele. É chamado de normal porque é direcionado ao longo da normal (perpendicular) à superfície.
Reação de apoio normal sempre ocorre como resposta de uma força externa a um ououtra superfície. Para entender isso, deve-se lembrar da terceira lei de Newton, que afirma que para toda ação há uma reação. Quando o corpo pressiona o suporte, o suporte atua sobre o corpo com o mesmo módulo de força que o corpo sobre ele.
A razão para o aparecimento da força normal N
Esta razão está na força da elasticidade. Se dois corpos sólidos, independentemente dos materiais dos quais são feitos, são colocados em contato e levemente pressionados um contra o outro, cada um deles começa a se deformar. Dependendo da magnitude das forças atuantes, a deformação muda. Por exemplo, se um peso de 1 kg for colocado em uma placa fina, que está em dois suportes, ela dobrará levemente. Se esta carga for aumentada para 10 kg, a quantidade de deformação aumentará.
A deformação emergente tende a restaurar a forma original do corpo, enquanto cria alguma força elástica. Esta última afeta o corpo e é chamada de reação de apoio.
Se você olhar para um nível mais profundo e maior, verá que a força elástica aparece como resultado da convergência das camadas atômicas e sua subsequente repulsão devido ao princípio de Pauli.
Como calcular a força normal?
Já foi dito acima que seu módulo é igual à força resultante direcionada perpendicularmente à superfície considerada. Isto significa que para determinar a reação do suporte, primeiro é necessário formular uma equação de movimento, usando a segunda lei de Newton, ao longo de uma linha reta perpendicular à superfície. A partir deesta equação, você pode encontrar o valor N.
Outra forma de determinar a força N é envolver a condição física do equilíbrio dos momentos das forças. Este método é conveniente de usar se o sistema tiver eixos de rotação.
O momento da força é um valor que é igual ao produto da força atuante pelo comprimento da alavanca em relação ao eixo de rotação. Em um sistema em equilíbrio, a soma dos momentos das forças é sempre igual a zero. A última condição é usada para encontrar o valor desconhecido N.
Observe que se houver um suporte no sistema (um eixo de rotação), a força normal sempre criará um momento zero. Portanto, para tais problemas, o método descrito acima deve ser aplicado usando a lei de Newton para determinar a reação do suporte.
Não existe uma fórmula específica para calcular a força N. É determinado como resultado da resolução das correspondentes equações de movimento ou equilíbrio para o sistema de corpos considerado.
Abaixo damos exemplos de resolução de problemas, onde mostramos como calcular a reação normal do suporte.
Problema do Plano Inclinado
A barra está em repouso em um plano inclinado. A massa da viga é 2 kg. O plano está inclinado em relação ao horizonte em um ângulo de 30o. Qual é a força normal N?
Esta tarefa não é difícil. Para obter uma resposta, basta considerar todas as forças que atuam ao longo de uma linha perpendicular ao plano. Existem apenas duas forças: N e a projeção da gravidade Fgy. Como eles atuam em direções diferentes, a equação de Newton para o sistema terá a forma:
ma=N - Fgy
Como a viga está em repouso, a aceleração é zero, então a equação fica:
N=Fgy
A projeção da força da gravidade na normal ao plano não é difícil de encontrar. A partir de considerações geométricas, encontramos:
N=Fgy=mgcos(α)
Substituindo os dados da condição, obtemos: N=17 N.
Problema com dois suportes
Uma placa fina é colocada sobre dois suportes, cuja massa é insignificante. A 1/3 do apoio esquerdo, uma carga de 10 kg foi colocada na prancha. É necessário determinar as reações dos apoios.
Como existem dois apoios no problema, para resolvê-lo, você pode usar a condição de equilíbrio através dos momentos das forças. Para fazer isso, primeiro assumimos que um dos suportes é o eixo de rotação. Por exemplo, certo. Neste caso, a condição de equilíbrio do momento terá a forma:
N1L - mg2/3L=0
Aqui L é a distância entre os suportes. Desta igualdade segue-se que a reação de N1suporte esquerdo é igual a:
N1=2/3mg=2/3109, 81=65, 4 N.
Da mesma forma, encontramos a reação do suporte certo. A equação do momento para este caso é:
mg1/3L - N2L=0.
De onde obtemos:
N2=1/3mg=1/3109, 81=32,7 N.
Observe que a soma das reações encontradas dos apoios é igual à gravidade da carga.
