Сила нормальной реакции опоры
Я делал физику, которую задали на каникулы. Мне стало интересно, куда будет направлена сила нормальной реакции опоры, если допустим паук сидит на потолке вверх дном. Сила нормальной реакции опоры (N) будет же перпендикулярна поверхности, на которой он стоит, получается она будет направлена вниз, как и сила тяжести? Ии просто говорит нет
На простом примере. Когда книга лежит на столе, сила тяжести тянет её вниз. Книга давит на стол. Стол, в свою очередь, "сопротивляется" и давит на книгу вверх, чтобы она не провалилась. Вот эта сила, направленная от стола вверх, и есть сила нормальной реакции опоры. Она возникает в ответ на давление.
А теперь вернемся к нашему пауку на потолке. Сила тяжести тянет его куда? Правильно, вниз, от потолка. То есть паук не давит на потолок, а наоборот, пытается от него оторваться.
Чтобы не упасть, паук должен сам активно "держаться" за потолок своими лапками, используя всякие микроскопические крючки или клейкие подушечки. Он как бы притягивает себя к потолку. По третьему закону Ньютона, если паук тянет потолок вниз (своими лапками), то потолок тянет лапки паука вверх с точно такой же силой.
Получается, что сила, действующая на паука со стороны потолка, направлена вверх, против силы тяжести. Она компенсирует гравитацию и не дает ему упасть.
Так что, формально, это не совсем та классическая "сила нормальной реакции опоры", о которой говорят, когда тело давит на поверхность. Это скорее сила сцепления или сила натяжения, если представить его лапки как маленькие веревочки. Но она тоже перпендикулярна поверхности. И главное -- направлена вверх, а не вниз.
Если рассмотреть ситуацию, в которой паук неподвижно сидит на потолке вниз головой, то сила нормальной реакции опоры (N) будет направлена перпендикулярно от поверхности потолка, то есть вниз, и это абсолютно верно. Давайте разберемся, почему. Согласно третьему закону Ньютона, сила реакции опоры — это сила, с которой поверхность (потолок) действует на тело (паука), и она всегда направлена перпендикулярно поверхности контакта. Поскольку потолок горизонтален, "верхом" для паука в этот момент является пол, а "низом" - потолок, но физическое направление перпендикуляра от поверхности не меняется. Таким образом, на паука действительно действуют две силы, направленные вниз: сила тяжести (mg), приложенная к центру масс паука, и сила нормальной реакции опоры (N), приложенная к его лапкам. Возникает закономерный вопрос: почему же паук не падает? В данном случае сила тяжести тянет его вниз, а сила реакции опоры, также направленная вниз, не может этому противостоять. Секрет заключается в том, что для удержания на потолке паук использует не силу нормальной реакции, а силы адгезии (прилипания) или когесзионные силы, например, за счет специальных лапок или выделяемого секрета. Эти силы имеют электромагнитную природу и направлены вверх, перпендикулярно поверхности потолка, и именно они уравновешивают силу тяжести, в то время как сила нормальной реакции опоры в ее классическом понимании в данной ситуации равна нулю, так как нет механического "отталкивания" от поверхности