Co warto wiedzieć wcześniej?
siła
, prędkość, wektory i skalary, siła ciężkości

Siły nacisku - przykład 2 - dwa klocki umieszczone jeden na drugim

Ciekawym przypadkiem dobrze obrazującym czym zjawisku nacisku, jest problem dwóch klocków, umieszczonych na poziomej powierzchni jeden na drugim.

Załóżmy, że
górny klocek (oznaczmy go numerem 1) ma masę m1
klocek dolny (numer 2) masę m2.

Obliczymy wszystkie siły działające na każde z trzech ciał – obydwa klocki i powierzchnię pod nimi.

 Rozwiązanie

 Klocek 1

Najpierw weźmiemy się za górny klocek – tutaj sytuacja jest identyczna jak w problemie rozważanym poprzednio. Dlatego już bez zbytnich dywagacji napiszemy:

Na klocek 1 działają dwie siły:

Siła ciężkości o wartości
P
1 = m1·g   skierowana w dół
Siła nacisku od klocka dolnego. Siła ta jest skierowana do góry i musi zrównoważyć ciężar 1. Jej wartość:
N1od2 = m1·g

Powyższe siły się równoważą (wartości obu sił są równe), więc klocek nie porusza się. 

 

Klocek 2

Teraz rozważymy siły działające na klocek 2 (czerwony). Działają tu trzy siły:
  1. Siła ciężkości P2 tego klocka (skierowana w dół)
  2. Siła nacisku pochodząca od klocka 1, czyli N2od1 (skierowana w dół)
  3. Siła nacisku pochodząca od dolnej powierzchni, czyli N2od_Pow (skierowana w górę)
Wartości tych sił są następujące:

  1. Siła ciężkości P2 = m2 · g
  2. Siła nacisku od klocka 1 (górnego) jest równa co do wartości sile, jaką klocek 2 działa na klocek 1 – wynika to z III zasady dynamiki Newtona. Można więc napisać:
    N2od1 = N1od2 = m1·g
  3. Siła nacisku powierzchni na klocek 2 musi zrównoważyć ciężar obu znajdujących się nad nią ciał, czyli jest sumą obu tych sił ciężkości:

N2od_Pow = P1 + P2 = m1·g + m2·g=( m1 + m2)·g.

Oczywiście siła nacisku od powierzchni (skierowana do góry) równoważy obie siły działające w dół. Dzięki temu powyższy klocek też pozostaje w równowadze.

N2od_Pow = N2od1 + P2

Siły działające na powierzchnię

Na powierzchnię działa od góry nacisk pochodzący od klocka 2. Jego wartość jest równa ciężarowi obu klocków: 1 i 2

NPow_od2 = P1 + P2 = m1·g + m2·g

Wyciągamy g przed nawias:

NPow_od2=( m1 + m2)·g

Wnikliwy czytelnik zapewne zauważy:

to jak to... działa tylko jedna siła? – przecież pod jej wpływem powierzchnia powinna przyspieszać w dół?...

- no cóż, słuszna uwaga. Musi więc istnieć jakaś dodatkowa, nieznana siła, która z kolei tę powierzchnię utrzymuje w równowadze. Ta ukryta siła równoważy zarówno siłę nacisku od klocka 2, jak też ciężar materiału, z którego wykonano powierzchnię. Ale tą ostatnią siłą nie będziemy już się zajmować.