نیروی عمودیِ سطح

کتابِ علومتان روی میز است. زمین آن را با وزنش به پایین می‌کشد، اما کتاب نمی‌افتد و از میز هم رد نمی‌شود. اگر به کتاب فقط یک نیرو، یعنی وزنش، وارد می‌شد، طبقِ قانونِ دوم باید شتاب می‌گرفت و پایین می‌رفت. پس نیروی دیگری هم در کار است.

سطح هم هل می‌دهد

کتاب ساکن است، پس طبقِ قانونِ اول نیروهای واردشده به آن متوازن‌اند. چیزی باید کتاب را به اندازه‌ی وزنش به بالا هل بدهد. این نیرو را میز وارد می‌کند. میز، هرچند محکم به نظر می‌رسد، زیرِ کتاب کمی، خیلی کم، فشرده می‌شود؛ ذره‌های سازنده‌اش کمی به هم نزدیک می‌شوند و مثلِ فنرهایی ریز کتاب را پس می‌زنند.

به این نیرو نیروی عمودیِ سطح یا نیروی تکیه‌گاه می‌گویند. «عمودی» یعنی این نیرو همیشه عمود بر سطح است: روی میزِ افقی رو به بالا، و روی دیوار، اگر چیزی را به دیوار فشار دهید، افقی و بیرون از دیوار.

چقدر بزرگ است؟

روی سطحِ افقی، وقتی هیچ نیروی دیگری در کار نباشد، نیروی عمودیِ سطح درست هم‌اندازه‌ی وزن است تا نیروی خالص صفر شود.

مثال گلدانی با جرمِ ۸ کیلوگرم روی زمینِ حیاط است. وزنش ۸ × ۱۰ = ۸۰ نیوتون است، پس زمین آن را با ۸۰ نیوتون به بالا هل می‌دهد.

نیروی عمودیِ سطح مقدارِ ثابتی ندارد؛ سطح به هر اندازه‌ای که لازم باشد هل می‌دهد:

• جسمِ سنگین‌تر سطح را بیشتر می‌فشارد و نیروی عمودیِ بزرگ‌تری می‌گیرد.
• اگر کتاب را با دست به پایین فشار دهید، میز باید هم وزنِ کتاب و هم نیروی دستِ شما را نگه دارد، پس بیشتر هل می‌دهد.
• اگر نیروی رو به پایین از تحملِ سطح بیشتر شود، سطح می‌شکند؛ مثلِ یخِ نازکِ برکه زیرِ پای کسی که رویش می‌رود.

واکنشِ وزن نیست!

ممکن است فکر کنید وزن و نیروی عمودیِ سطح جفتِ کنش و واکنش‌اند. نیستند: هر دو به یک جسم، یعنی کتاب، وارد می‌شوند و برای همین می‌توانند همدیگر را خنثی کنند. واکنشِ وزنِ کتاب نیرویی است که کتاب به زمین وارد می‌کند و آن را به سمتِ خودش می‌کشد. واکنشِ نیروی عمودی هم نیرویی است که کتاب به میز وارد می‌کند و آن را به پایین می‌فشارد.

در خانه امتحان کنید

یک خط‌کشِ پلاستیکی را مثلِ پل روی دو کتابِ هم‌قد بگذارید. پاک‌کن، بعد جامدادی و بعد یک کتابِ کوچک را وسطِ آن بگذارید. خط‌کش چقدر خم می‌شود؟ میز هم همین کار را می‌کند، فقط آن‌قدر کم که دیده نمی‌شود.

واژه‌های این درس

• نیروی عمودیِ سطح (نیروی تکیه‌گاه) - نیرویی که سطح، عمود بر خودش، به جسمی که رویش است وارد می‌کند.
• عمود - راست و با زاویه‌ی قائمه نسبت به سطح.

ایده‌ی اصلی

هر سطح به جسمی که رویش است، عمود بر خودش، نیرو وارد می‌کند. روی سطحِ افقی این نیرو وزنِ جسمِ ساکن را خنثی می‌کند و هر چه جسم سنگین‌تر یا بیشتر فشرده شود، بزرگ‌تر است.