Normal kuch nima?

Juda tez oʻgirilib, devorga yurish kerakmi? Bu mumkin. Bu ogʻriqli hamda men oʻzimni ahmoqona his qilaman. Biz yugurib ogʻir predmetga urilgandagi ogʻriqda normal kuchni ayblashimiz mumkin. Kuch – bu qattiq jismlarning bir-biridan oʻtib ketishiga yoʻl qoʻymaslik uchun sirtga chiqadigan kuch.

Normal kuch bu taʼsir kuchidir. Agar ikki sirt bir-biriga tegmasa, oddiy kuch taʼsir qilmaydi. Misol uchun, stol sirti bilan quti sirtlari bir-biriga tegmasa, bir-biriga kuch taʼsir qila olmaydi.

Biroq ikkita sirt taʼsir qilganda (masalan, stol bilan quti), ular bir-biriga perpendikulyar ravishda bir xil kuch sarflaydi. Bu normal kuch, yuzaga nisbatan kattaroq boʻladi va bir-biriga botib kirmaydi.

Normal kuch soʻzidagi “normal” soʻzi odatiy degan maʼnoni nazarda tutmayapti. “Normal” soʻzi bu yerda perpendikulyar degan maʼnoda qoʻllangan. Shu sababdan normal kuch $F_n$‍ yoki $N$‍ bilan belgilanadi va taʼsirlashuvchi sirtlarga perpendikulyar boʻladi. Qattiq jismlarning bir-biri ichidan oʻtishiga toʻsqinlik qiladigan narsa normal bosim kuch boʻlgani uchun kuch sirtga perpendikulyar ekanligi mantiqan toʻgʻri. Shuningdek, yuzalar oʻz tekisligiga parallel yoʻnalishda ham kuch hosil qiladi, biroq biz bu kuchlarni normal emas, ishqalanish kuchlari (chunki ular yuzalar bir-birining ustida harakatlanishiga qarshi ish bajaradi) deb ataymiz.

3 (a) rasmda koʻrsatilganidek koʻp odamlar kuchuklarga moʻljallangan ozuqa qopini tepaga koʻtarish uchun kuch sarflash kerakligni biladi.

Ammo baʼzi odamlarning stol kabi jonsiz narsa 3(b)-rasmda koʻrsatilgandek kuchuklar ozuqa qopiga yuqoriga yoʻnalgan normal kuch taʼsir qilishi mumkinligiga ishonishi qiyin. Odamlar stol aslida yuqoriga yoʻnalgan kuch bilan emas, balki shunchaki kuchuklar ozuqasining yoʻliga “toʻgʻonoq” boʻlishiga ishonadi. Ammo Nyuton qonunlariga koʻra, stol yuzasiga qoʻyilgan kuchuklar ozuqasida tortishish kuchi ta’siri boʻlsa, itning ozuqasi pastga qarab qulashi kerak edi. Stol “xalaqit” berishdan tashqari koʻproq narsani bajarishi kerak. Stol kuchuklar ozuqasi stolga tushishining oldini olish uchun unga yuqoriga yoʻnalgan kuch bilan taʼsir qilishi lozim.

Ajablanarlisi shundaki, agar stolga ogʻirroq narsa qoʻyilsa, stol yukni stoldan oʻtkazmaslik uchun koʻproq normal kuch sarflashi kerak. Stol jismning undan oʻtishiga yoʻl qoʻymaslik uchun aniq kerakli miqdordagi kuch sarflashni qanday biladi?

Aslida, stol qancha kuch qoʻyishni sirtining egilish miqdori yoki jism deformatsiyasidan “biladi”. Qattiq jismlar deformatsiyalanganda, ular odatda oʻzlarining odatiy shakliga “qaytishga” harakat qiladi. Ogʻirlik kuchi qancha katta boʻlsa, deformatsiya ham shuncha koʻp boʻladi. Natijada sirtni odatiy holatiga qaytarishga harakat qiluvchi kuch ham shunchalik katta boʻladi. Bu deformatsiya choy stoli ustiga yuk qoʻyilganda sezilarli boʻladi. Demak, hattoki qattiq jismlar ham ularga kuch qoʻyilganda deformatsiyalanadi. Agar jism elastiklik chegarasigacha deformatsiyalansa, u deformatsiyalangan prujina (yoki tramplin, batut) singari uni asl holatiga qaytaruvchi kuch hosil qiladi. Shunday ekan, yuk stol ustiga qoʻyilganda, normal bosim kuchi yukning ogʻirligiga qadar ortib boradi. Ushbu nuqtada yukka taʼsir qiluvchi natijaviy kuch nolga teng. Stol tez egilishi va egilish juda kichik boʻlgani sababli biz odatda uni sezmaymiz.

Haqiqatan ham normal bosim kuchini topuvchi maxsus formula mavjud emas. Normal bosim kuchini topish uchun biz odatda yuzalarga perpendikulyar boʻlgan tezlanish haqidagi maʼlumotlardan foydalanamiz (chunki biz yuzalar bir-biridan oʻta olmaydi deb hisoblaymiz). Shuning uchun biz deyarli har doim Nyutonning ikkinchi qonunidan foydalanib normal bosim kuchini topamiz.

Aslida, biz normal bosim kuchi yuzalarning bir-biriga kirishiga yoʻl qoʻymaydi deb tenglamani yechamiz.

Keling, berilgan strategiyani quyidagi oddiy masalada qoʻllaymiz. Quyida koʻrsatilganidek $m$‍ massali quti stol ustida tinch holatda turganini koʻraylik.

Jarayonni davom ettirsak,

Gorizontal yuzada turgan jismga taʼsir qiluvchi normal bosim kuch jismning ogʻirlik kuchi $F_n=mg$‍ ga teng boʻladi.

Normal bosim kuchi har doim ham $mg$‍ ga teng boʻlmaydi. Taʼsir yuzasi gorizontal boʻlmagan yoki qoʻshimcha kuchlar mavjud boʻlgan yoxud jism vertikal tezlanishga ega boʻlgan murakkab vaziyatlarda normal bosim kuchi $mg$‍ dan farqli boʻladi. Biroq murakkab vaziyatda ham yuqoridagi jarayonda koʻrsatilganidek normal kuchni hisoblashimiz mumkin. Biz boshqa tezlanishni qoʻyishimiz yoki koʻproq kuchlarni eʼtiborga olish kerak boʻlishi mumkin, ammo Nyutonning ikkinchi qonunidan foydalangan holda normal bosim kuchini topishning umumiy strategiyasi oʻzgarmaydi.

$4,5\text{ kg}$‍ kivi taʼmli saqich qutisi ofis binosining yuqori qavatiga olib chiqilmoqda. Saqich qutisi $a=3,0{\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}}$‍ tezlanish bilan yuqoriga koʻtarilayotgan liftning polida turibdi. Yetkazib beruvchi qutiga bir oyogʻini qoʻyib unga $5\text{ N}$‍ kattalikdagi pastga yoʻnalgan kuch bilan taʼsir qilmoqda.

Lift poli qutiga taʼsir qilgan normal bosim kuchi nimaga teng?

Oldin biz qutiga qoʻyilgan barcha kuchlarni koʻrsatadigan diagrammani chizib olamiz (diagrammaga tezlanishni kiritmaymiz, chunki tezlanish kuch emas. Shuningdek, biz liftning qoʻshimcha kuchini inobatga olmaymiz, chunki normal bosim kuchi liftning qutiga beradigan taʼsir kuchidir).

Eʼtibor bering, agar biz $F_n=mg=44,1\text{ N}$‍ deb olganimizda, notoʻgʻri javobni topgan boʻlar edik. Bu yerda normal bosim kuchi vertikal tezlanish va qoʻshimcha vertikal kuchlar boʻlgani uchun $mg$‍ dan farq qiladi.

Bir kishi ishqalanishsiz stol ustidagi $1,0\text{ kg}$‍ massaga ega shokoladli pishiriq qutisiga $\theta ={30}^o$‍ burchak ostida pastga yoʻnalgan $F_A=10\text{ N}$‍ diagonal kuch bilan taʼsir qilmoqda.

Bu savol boshqacha koʻrinsa-da, biz unga xuddi oldingi masaladagi strategiyani qoʻllaymiz. Oldin qutiga taʼsir qilayotgan barcha kuchlarni koʻrsatadigan diagramma chizib olamiz.