Siła nacisku to siła z jaką ciało działa na daną powierzchnię wzdłuż prostej normalnej (prostopadłej) do tej powierzchni.
W przypadku gdy powierzchnia jest płaska i jest ustawiona poziomo to siła nacisku jest po prostu równa ciężarowi ciała (Q = mg).
Gdy natomiast ciało porusza się po torze wypukłym, wówczas pojawia się dodatkowa siła bezwładności (Fb), która jest skierowana przeciwnie do kierunku przyspieszenia dośrodkowego (ad).
Rys. Monika Pilch
W tym przypadku siła nacisku samochodu na jezdnię jest równa:
\(F _{N}=Q-F _{b} \)
\(F _{N}=mg-ma _{d} =m(g-a _{d} )\)
Ponieważ przyspieszenie dośrodkowe jest równe \(a _{d}= \frac{v ^{2} }{r} \) (r – promień krzywizny), to:
\(F _{N}=m(g- \frac{v ^{2} }{r} )\)
Gdy ciało porusza się po torze wklęsłym, to siła bezwładności, działa w kierunku zgodnym z kierunkiem ciężaru ciała.
Rys. Monika Pilch
W tym przypadku siła nacisku jest większa od ciężaru ciała o wartość siły bezwładności, więc:
\(F _{N}=m(g+ \frac{v ^{2} }{r} )\)
Siła nacisku - przykład.
Z jaką największą prędkością może wjechać samochód na górkę o promieniu 10m, aby jego koła nie straciły kontaktu z jezdnią?
Dane: Szukane:
r = 10m v = ?
g = 10m/s2
Rozwiązanie:
Maksymalna prędkość samochodu to taka, przy której siła nacisku jest równa 0. Jest to więc sytuacja, w której ciężar samochodu jest równoważony przez siłę bezwładności:
\(Q=F _{b} \)
\(mg= \frac{mv ^{2} }{r} \)
Widać, że masa samochodu się skróci, więc maksymalna prędkość z jaką pojazd może wjechać na górkę nie zależy od jego masy:
\(g= \frac{v ^{2} }{r} \)
Po prostych przekształceniach otrzymamy:
\(v= \sqrt{gr}= \sqrt{10 \frac{m}{s ^{2} } 10m} =10 \frac{m}{s} =36 \frac{km}{h} \)