ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับแรงปกติ

9 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก

1. วัตถุชิ้นหนึ่งวางนิ่งอยู่บนพื้นผิวเรียบ มวลของวัตถุ (m) = 1 กิโลกรัม และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 เมตร/วินาที²²ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) คือ...
การอภิปราย

เป็นที่รู้จัก :
มวลของบล็อก (เมตร) = 1 กิโลกรัม
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²
แรงโน้มถ่วง (w) = mg = (1 kg)(10 m/s²²) = 10 กก. ม./วินาที² = 10 นิวตัน
ถาม : ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)
จาวาบ :
ทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) แสดงดังภาพด้านล่าง

ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก
กฎข้อที่หนึ่งของนิวตันกล่าวว่า ถ้าวัตถุอยู่นิ่ง แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุจะเป็นศูนย์ มีแรงดึงลง (w) เนื่องจากบล็อกอยู่นิ่ง จึงต้องมีแรงดึงขึ้นที่สมดุลกับน้ำหนัก ดังนั้นแรงลัพธ์จึงเป็นศูนย์ แรงดึงขึ้นที่สมดุลกับน้ำหนักคือแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) ในทางคณิตศาสตร์:
2. บล็อกทั้งสองอยู่นิ่ง มวลของบล็อกที่ 1 (ม.)₁) = 1 กก. มวลของบล็อก 2 (ม.)₂) = 2 กิโลกรัม, ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 เมตร/วินาที²²ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาปกติที่กระทำต่อบล็อก 1 (N)₁) และบล็อก 2 (N₂) เป็น…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของบล็อก 1 (ม.)₁) = 1 กก.
มวลของบล็อก 2 (ม.)₂) = 2 กก.
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²
น้ำหนักของบล็อก 1 (w₁) = ม.₁ g = (1)(10 ม./วินาที²) = 10 กก. ม./วินาที² = 10 นิวตัน
น้ำหนักของบล็อก 2 (w₂) = ม.₂ g = (2)(10 ม./วินาที²) = 20 กก. ม./วินาที² = 20 นิวตัน
ถาม : ยังไม่มีข้อความ₁ และ N₂
จาวาบ :
(ก) แรงปฏิกิริยาปกติที่กระทำต่อบล็อก 1 (นิวตัน)₁)
N₁ = ว₁ = 10 นิวตัน
ทิศทาง N₁ ดังภาพด้านบน
(b) แรงปฏิกิริยาปกติที่กระทำต่อบล็อก 2 (N)₂)
N₂ = ว₁ +w₂ = 10 นิวตัน + 20 นิวตัน = 30 นิวตัน
ทิศทาง N₂ ดังภาพด้านบน

3. วัตถุอยู่นิ่ง มวลของวัตถุ (m) = 2 กิโลกรัม ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 เมตร/วินาที²²แรง F = 10 นิวตัน ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) ที่กระทำต่อบล็อกคือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของบล็อก (เมตร) = 2 กิโลกรัม
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²
แรงโน้มถ่วง (w) = mg = (2 kg)(10 m/s²²) = 20 กก. ม./วินาที² = 20 นิวตัน
แรง (F) = 10 นิวตัน
ถาม : ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)
จาวาบ :
ทิศทางของแรงปฏิกิริยาปกติเป็นดังภาพด้านบน
ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก:
4. วัตถุอยู่นิ่ง มวลของวัตถุ (m) = 1 กิโลกรัม ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 เมตร/วินาที²²แรง F₁ = 10 นิวตัน, F₂ = 20 นิวตัน ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) ที่กระทำต่อบล็อกคือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
มวลของบล็อก (เมตร) = 1 กิโลกรัม
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²
แรงโน้มถ่วง (w) = mg = (1 kg)(10 m/s²²) = 10 กก. ม./วินาที² = 10 นิวตัน
F₁ = 10 นิวตัน
F₂ = 20 นิวตัน
ถาม : ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)
จาวาบ :

ทิศทางของแรงปฏิกิริยาปกติเป็นดังภาพด้านบน

5. มวลของบล็อก (m) = 2 กิโลกรัม, ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²มุม = 60^oขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) ที่กระทำต่อบล็อกคือ…
การอภิปราย
คำบรรยายภาพ :
w = แรงโน้มถ่วง, w_x = ส่วนประกอบของแรงโน้มถ่วงที่ขนานกับพื้นผิวของระนาบเอียง, w_y = ส่วนประกอบของแรงโน้มถ่วงที่ตั้งฉากกับระนาบเอียง, N = แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก, f_k = แรงเสียดทานจลน์
เป็นที่รู้จัก :
ถาม : ขนาดและทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)
จาวาบ :
วัตถุนั้นอยู่นิ่ง หมายความว่ามันไม่ได้เคลื่อนที่ในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิวของระนาบเอียง ดังนั้น ตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน แรงลัพธ์ในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิวของระนาบเอียงจะต้องเท่ากับศูนย์
มีแรงสองแรงกระทำตั้งฉากกับพื้นผิวระนาบเอียง ได้แก่ แรง wy และแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก แรงลัพธ์ของแรงทั้งสองนี้เท่ากับ 0 ในทางคณิตศาสตร์:
ดังนั้นขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากจึงเท่ากับ 10 นิวตัน

[ภาษาอังกฤษ : แรงปฏิกิริยาปกติ – ปัญหาและแนวทางแก้ไข]

6. ดูภาพบล็อกด้านล่างสิ! ถ้ามวลของบล็อกคือ 2 กิโลกรัม และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงคือ 10 เมตร/วินาที²^-2 ดังนั้น แรงปฏิกิริยาปกติที่กระทำต่อบล็อกคือ….

ก. 25 เอ็น
บี. 30 เอ็น
ซี. 33 เอ็น
ง. 43 เอ็น
ตะวันออก 45 เหนือ
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
w = mg = (2 kg)(10 m/s²) = 20 กก. ม./วินาที² = 20 นิวตัน
F₁ = 10 น
F₂ = 5 น
ถาม:
แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) ที่กระทำต่อบล็อกคืออะไร?
คำตอบ :

แรงลัพธ์ในทิศทางแนวตั้งคือ:
F₁ + w – F₂ = 10 N + 20 N – 5 N = 25 N
ถ้าแรงดึงลงเท่ากับ 25 นิวตัน ดังนั้นแรงปฏิกิริยาตั้งฉากก็จะเท่ากับ 25 นิวตันเช่นกัน ทำให้วัตถุอยู่นิ่ง
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.

7. ถ้าแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่กระทำต่อบล็อกมีค่า 20 นิวตัน ขนาดและทิศทางของแรงภายนอกที่กระทำต่อบล็อกจะเป็น...

ก. 50 นิวตันหรือต่ำกว่า
B. 30 N ขึ้นไป
C. 30 N และต่ำกว่า
ง. 20 นิวตันขึ้นไป
ทิศตะวันออก 20 องศาเหนือและต่ำกว่า
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
แรงโน้มถ่วง (w) = 40 N
แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) = 20 N
คำถาม: แรงภายนอกต้องมีขนาดและทิศทางเท่าใด จึงทำให้แรงปฏิกิริยาตั้งฉากเท่ากับ 20 นิวตัน?
คำตอบ :
ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากเท่ากับ 20 นิวตัน และทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากชี้ขึ้น วัตถุอยู่นิ่ง ดังนั้นทิศทางของแรงที่กดลงเพื่อหักล้างแรงปฏิกิริยาตั้งฉากจะต้องมีค่าเท่ากับ 20 นิวตัน
ขนาดของแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 40 นิวตัน และมีทิศทางลง ดังนั้นจึงต้องใช้แรงภายนอกขนาด 20 นิวตัน ซึ่งมีทิศทางขึ้น
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.

8. พิจารณาภาพต่อไปนี้ซึ่งเป็นภาพของก้อนวัตถุ ถ้ามวลของก้อนวัตถุนี้คือ 3 กิโลกรัม และ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง 10 มิลลิวินาที^-2 ท่ามะกา แรงปกติ สิ่งที่ชุมชนประสบพบเจอคือ…

ก. 27 เอ็น
บี. 30 เอ็น
ซี. 33 เอ็น
ง. 43 เอ็น
ตะวันออก 45 เหนือ

การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
w = mg = (3 kg)(10 m/s²) = 30 นิวตัน (ทิศทางลง)
F₁ = 5 N (ทิศทางลง)
F₂ = 8 นิวตัน (ทิศทางขึ้น)
คำถาม: แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)?
คำตอบ :

แรงปฏิกิริยาปกติเกิดจากพื้นกระทำต่อคานและตั้งฉากกับพื้นผิว นอกจากแรงปฏิกิริยาปกติแล้ว ยังมีแรงอีกสามแรงที่กระทำต่อคาน ได้แก่ F₁, ศ₂ และ w. ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากเท่ากับผลรวมของแรงทั้งสามนี้ ดังนั้น แรงลัพธ์ ถ้าค่าในทิศทางแนวตั้งเท่ากับศูนย์ วัตถุก็จะอยู่นิ่งและ กฎข้อแรกของนิวตัน สำเร็จแล้ว
แรงที่มีทิศทางเดียวกันจะถูกบวกเข้าด้วยกัน และแรงที่มีทิศทางตรงข้ามจะถูกลบออก
w + F1 – F2 = 30 + 5 – 8 = 35 – 8 = 27 N
แรงลัพธ์ของแรงทั้งสามนี้คือ 27 นิวตัน ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากเท่ากับ 27 นิวตัน
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.

9. ถ้าแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่กระทำต่อบล็อกมีค่า 20 นิวตัน ขนาดและทิศทางของแรงภายนอกที่กระทำต่อบล็อกจะเป็น...

ก. 50 นิวตันหรือต่ำกว่า
B. 30 N ขึ้นไป
C. 30 N และต่ำกว่า
ง. 20 นิวตันขึ้นไป
ทิศตะวันออก 20 องศาเหนือและต่ำกว่า

การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
w = 50 N
N = 20 N
คำถาม: แรงภายนอก (F) ที่กระทำต่อบล็อกมีขนาดเท่าใด?
คำตอบ :
เพื่อให้แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) = 20 N จะต้องมีแรงภายนอก (F) = 30 N และมีทิศทางตรงข้ามกับแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก แรงโน้มถ่วง (w) = 50 N.
ขนาดของแรงภายนอก (F) = 30 N และทิศทางของแรงภายนอกคือขึ้นด้านบน
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.