Хэвийн хүчний томъёо
Хэвийн хүч нь хамгийн үндсэн холбоо барих хүчний нэг бөгөөд физикийн янз бүрийн механик нөхцөлд байнга тохиолддог. Энэ нь хоёр объектын хоорондох холбоо барих гадаргуутай перпендикуляр үйлчилдэг. Энэ нийтлэлд хэвийн хүчний тодорхойлолт, түүнийг тооцоолоход ашигласан үндсэн томъёо, өдөр тутмын амьдрал дахь хэрэглээ болон практик жишээнүүдийг авч үзэх болно.
Хэвийн хүчний тодорхойлолт
Хэвийн хүч гэдэг нь хоёр гадаргуу бие биедээ хүрэх үед үүсдэг урвалын хүч юм. Энэ хүч нь хүрэлцэх гадаргуутай перпендикуляр үйлчилдэг. Объектыг хавтгай гадаргуу дээр байрлуулахад хэвийн хүч гэдэг нь гадаргуугаас объектыг тулж өгөх хүч юм. Ньютоны гурав дахь хуулийн дагуу үйлдэл бүр тэнцүү боловч эсрэг хариу үйлдэл үзүүлдэг. Тиймээс объект гадаргуу дээр таталцлын хүчээр дарахад гадаргуу нь тэнцүү боловч эсрэг хүч буюу хэвийн хүчийг үйлчилдэг.
Хэвийн хүчний үндсэн томъёо
Хэвийн хүчний үндсэн томъёо нь системийн нөхцөл байдал болон үйлчилж буй хүчний чиглэлээс хамаарна. Энд зарим нийтлэг нөхцөл байдал болон тус бүрийн хувьд хэвийн хүчийг хэрхэн тооцоолохыг харуулав.
Хавтгай гадаргуу дээрх объектууд
Босоо хурдатгалгүй хавтгай гадаргуу дээрх объектын хувьд хэвийн хүч (\(N\)) нь тухайн объектын жингийн хүчтэй (\(W\)) тэнцүү байна. Томъёо нь:
\[ N = W = мг \]
Хаана:
– \(N\) нь хэвийн хүч (Ньютон, N),
– \(m\) нь объектын масс (килограмм, кг),
– \(g\) нь таталцлын хүчнээс үүдэлтэй хурдатгал (Дэлхийн гадаргуу дээр ойролцоогоор 9.8 \(м/с^2\)) юм.
Налуу гадаргуу дээрх объектууд
Налуу өнцөгтэй налуу гадаргуу дээрх объектын хувьд хэвийн хүч нь жингийн хүчнээс өөр байна. Энэ тохиолдолд хэвийн хүч нь налуу гадаргуутай перпендикуляр жингийн хүчний бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Томъёо нь дараах байдалтай байна.
\[ N = мг \cos \theta \]
Хаана:
– \( \theta \) нь хэвтээ чиглэлтэй харьцуулахад гадаргуугийн налуугийн өнцөг юм.
Лифт дэх объектууд
Цахилгаан шатанд биет хурдатгалтай хөдөлж байх үед тухайн биетэд үйлчлэх хэвийн хүч нь цахилгаан шатны хурдатгалын чиглэл ба хэмжээнээс хамаарна. Цахилгаан шатны хэвийн хүчний томъёо нь:
\[ N = m(g \pm a) \]
Цахилгаан шат дээшээ хөдөлж (таталцлын хурдатгалыг нэмэгдүүлдэг) бол нэмэх тэмдэг (+)-г, харин доошоо хөдөлж (таталцлын хурдатгалыг бууруулдаг) бол хасах тэмдэг (-)-г ашигладаг.
Өдөр тутмын амьдрал дахь хэвийн хэв маягийн хэрэглээ
Хэвийн хүч нь зөвхөн онолын ойлголтуудад чухал ач холбогдолтой төдийгүй өдөр тутмын амьдралд олон практик хэрэглээтэй байдаг. Энд зарим жишээг дурдъя:
Тээвэр
Автомашин гэх мэт тээврийн хэрэгсэлд дугуй болон замын гадаргуугийн хоорондох хэвийн хүч нь үрэлтийг тооцоолоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь зүтгүүр болон тээврийн хэрэгслийн тогтвортой байдалд нөлөөлдөг. Хэт их эсвэл дутуу хийлэгдсэн дугуй нь оновчтой хэвийн хүчгүй байдаг бөгөөд энэ нь жолоодлогын аюулгүй байдалд сөргөөр нөлөөлдөг.
Барилгын барилга
Барилгын ажилд дам нуруу, багана зэрэг бүтцийн элементүүдийн хоорондох хэвийн хүчийг барилгын тогтвортой байдал, аюулгүй байдлыг хангахын тулд шинжлэх шаардлагатай. Эдгээр хүч нь барилгын суурийн зураг төсөлд дээр байрлах бүтцийн жинг даах чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Пералатан Румах Танга
Гал тогооны жин гэх мэт олон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл нь эд зүйлсийн жинг хэмжихдээ хэвийн хүчний тухай ойлголтыг ашигладаг. Жин дээр эд зүйлийг тавихад жингийн гадаргуу дээр үйлчилдэг хэвийн хүч нь тухайн эд зүйлийн жинг унших боломжийг олгодог.
Спорт
Хаданд авиралт гэх мэт спортод авирагчийн гар эсвэл хөл болон чулуулгийн гадаргуу хоорондын хэвийн хүч нь тэдний таталцлын эсрэг өөрийгөө барих чадварыг тодорхойлдог. Хэвийн хүчийг нэмэгдүүлэх зориулалттай ултай тусгай гутал нь авирагчдын атгах чадварыг сайжруулахад тусалдаг.
Хэвийн хүчний тооцооллын жишээ
Ойлголтоо тодруулахын тулд янз бүрийн нөхцөл байдалд хэвийн хүчний тооцооллын зарим жишээг авч үзье.
Жишээ 1: Хавтгай гадаргуу дээрх объектууд
2 кг жинтэй номыг хавтгай ширээн дээр тавив. Номонд үйлчлэх хэвийн хүчийг тооцоол.
Энэ нь мэдэгдэж байна:
– Масс (\(м\)) = 2 кг,
– Таталцлын хүчнээс үүдэлтэй хурдатгал (\(g\)) = 9.8 \(m/s^2\).
Хэвийн хүчний томъёог ашиглан:
\[ N = мг \]
\[ N = 2 \, \text{kg} \удаа 9.8 \, \text{m/s}^2 \]
\[ N = 19.6 \, \text{N} \]
Тэгэхээр номонд үйлчилж буй хэвийн хүч нь 19.6 Н байна.
Жишээ 2: Налуу гадаргуу дээрх объект
5 кг масстай хайрцгийг хэвтээ тэнхлэгтэй 30° өнцөг үүсгэдэг налуу хавтгай дээр байрлуулсан. Хайрцаг дээр үйлчлэх хэвийн хүчийг тооцоол.
Энэ нь мэдэгдэж байна:
– Масс (\(м\)) = 5 кг,
– Таталцлын хүчнээс үүдэлтэй хурдатгал (\(g\)) = 9.8 \(m/s^2\),
– Хазайлтын өнцөг (\(\тета\)) = 30°.
Налуу гадаргуугийн хэвийн хүчний томъёог ашиглан:
\[ N = мг \cos \theta \]
\[ N = 5 \, \text{kg} \times 9.8 \, \text{m/s}^2 \times \cos 30° \]
\[ N = 5 \удаа 9.8 \удаа \frac{\sqrt{3}}{2} \]
\[N = 5 \дахин 9.8 \дахин 0.866 \]
\[ N \approx 42.35 \, \text{N} \]
Тиймээс хайрцагт үйлчлэх хэвийн хүч нь ойролцоогоор 42.35 Н байна.
Жишээ 3: Цахилгаан шатны объектууд
70 кг жинтэй хүн цахилгаан шатанд 2 \(м/с^2\) хурдатгалтайгаар дээшээ хөдөлж байна. Тухайн хүнд үйлчилж буй хэвийн хүчийг тооцоол.
Энэ нь мэдэгдэж байна:
– Масс (\(м\)) = 70 кг,
– Таталцлын хүчнээс үүдэлтэй хурдатгал (\(g\)) = 9.8 \(m/s^2\),
– Лифтний хурдатгал (\(a\)) = 2 \(m/s^2\).
Дээш хөдөлж буй цахилгаан шатанд хэвийн хүчний томъёог ашиглах нь:
\[ N = m(g + a) \]
\[ N = 70 \, \text{kg} \times (9.8 \, \text{m/s}^2 + 2 \, \text{m/s}^2) \]
\[ N = 70 \үргэлт 11.8 \]
\[ N = 826 \, \text{N} \]
Тиймээс тухайн хүнд үйлчилж буй хэвийн хүч нь 826 Н байна.
Дүгнэлт
Хэвийн хүч гэдэг нь физикийн үндсэн ойлголт бөгөөд хоёр объектын хоорондох холбоо барих гадаргуутай перпендикуляр үйлчилдэг урвалын хүчийг тодорхойлдог. Хэвийн хүчний үндсэн томъёо нь системийн нөхцөл байдлаас хамааран өөр өөр байдаг, тухайлбал хавтгай гадаргуу дээрх объектууд, налуу гадаргуу эсвэл хөдөлж буй цахилгаан шат дахь объектууд. Хэвийн хүчний талаар сайн ойлголттой байх нь бидэнд тээвэрлэлт, барилга байгууламж эсвэл бусад өдөр тутмын хэрэглээний хүрээнд механик системийг илүү үр дүнтэй шинжлэх, зохион бүтээх боломжийг олгодог. Өгөгдсөн тооцооллын жишээнүүдээр бид энэ ойлголтыг тогтвортой байдал, үр ашиг, аюулгүй байдлыг хангахын тулд янз бүрийн практик нөхцөл байдалд хэрхэн хэрэгжүүлж байгааг харж болно.
