Sé que la fuerza normal no es una fuerza de reacción a la fuerza gravitacional: primero porque la fuerza gravitacional es de la Tierra sobre el objeto (fuerza de acción), por lo tanto, la fuerza de reacción es simplemente del objeto en la Tierra según la tercera ley de Newton; también porque en ciertas situaciones, como cuando el objeto está en un plano inclinado, la fuerza normal ni siquiera es igual a la fuerza de la gravedad sobre el objeto, sino solo a la componente perpendicular de la fuerza gravitatoria.
Mi pregunta es : en algunos libros de texto (como se muestra a continuación, Physics for the IB Diploma (Cambridge University Press) por KA Tsokos), la fuerza normal se denomina "fuerza de reacción normal"; ¿Por qué es eso y dónde está la fuerza de acción si la fuerza normal es una fuerza de reacción?
Estoy bastante seguro de que recibiré muchas respuestas maravillosas, pero ¿podría también referirme a una referencia específica por número de página para leer más?
Fuerzas de contacto de reacción normales
Si un cuerpo toca otro cuerpo, existe una fuerza de reacción o fuerza de contacto entre los dos cuerpos. Esta fuerza es perpendicular a la superficie del cuerpo que ejerce la fuerza. Al igual que la tensión, el origen de esta fuerza también es electromagnético. En la figura 2.29 mostramos la fuerza de reacción sobre varios cuerpos.
Figura 2.29 Ejemplos de fuerzas de reacción, .
Es cierto que la fuerza normal no es una fuerza de reacción de la gravedad porque cuando un cuerpo está en el aire, también la gravedad actúa sobre él, pero ninguna fuerza de reacción actúa sobre él y también sobre un plano inclinado (como mencionaste).
Suponga que está parado en un plano recto, entonces la fuerza de la gravedad lo empuja hacia abajo con una fuerza igual a y debido a que estás parado en un plano recto, ejerces una fuerza de en el suelo y de acuerdo con la tercera ley de Newton, la superficie también debe ejercer una fuerza igual y opuesta sobre ti y esto se conoce como la fuerza de reacción. Entonces, la fuerza que ejerces sobre el suelo es la fuerza de acción de la reacción normal. Por eso, en general, la magnitud de la reacción normal es igual a la fuerza gravitatoria.
Pero cuando estás parado en un plano inclinado, la magnitud de la fuerza gravitatoria sigue siendo pero ahora no ejerces una fuerza de sobre la superficie (ya que está inclinada) entonces tu fuerza normal sería igual a la fuerza que ejerces perpendicularmente sobre la superficie inclinada que es .
Conclusión:- La fuerza normal es la reacción de esa fuerza que ejerces perpendicularmente sobre la superficie sobre la que estás parado.
La fuerza normal es la reacción de la fuerza que empuja la superficie.
Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre una superficie, la superficie ejercerá una fuerza normal sobre el cuerpo.
Normalmente, esta fuerza de acción es la componente del peso perpendicular a la superficie.
La fuerza normal, por tanto, tiene la misma magnitud que esa componente del peso, misma dirección y signo opuesto.
En el segundo círculo de su imagen, solo habrá fuerza normal si la pelota está "presionada" contra la superficie.
La nomenclatura en torno a las fuerzas en los libros de texto de física (y el físico) no está lo suficientemente estandarizada como para dar una respuesta definitiva a su pregunta. En cambio, solo tendrá que tomar del contexto qué tipo de fuerzas se están discutiendo. Aquí hay algunos ejemplos para ayudarlo:
3ra Ley de Newton: Las fuerzas vienen en pares, y son iguales en magnitud y opuestas en dirección. A veces, la 'otra' fuerza se llama fuerza 'reaccionaria'. En este sentido, toda fuerza es una fuerza reaccionaria. La 'otra' fuerza a no es una fuerza normal: es otra fuerza gravitacional .
Fuerzas normales: a veces, las fuerzas normales se clasifican como fuerzas 'reaccionarias' porque se ven como la 'otra' fuerza cuando un objeto empuja a otro objeto . Decir 'fuerza normal reaccionaria' es solo enfatizar este aspecto, sin distinguirlo de otro tipo de fuerza normal.
Por ejemplo, un libro sobre una mesa empuja hacia abajo sobre la mesa, por lo que la mesa empuja hacia arriba sobre el libro. El empuje hacia arriba es una fuerza de reacción en el sentido de la tercera ley de Newton, y comúnmente se le llama fuerza normal.
Fuerzas de contacto: Sinónimo de fuerzas normales.
Fuerzas normales con rozamiento: Otras veces, 'fuerza de reacción' indica la situación especial de una fuerza normal y cualquier fuerza de rozamiento de una superficie. El total de estas dos fuerzas se denomina entonces "fuerza de reacción". Esto es menos común en las ciencias pero más común en la ingeniería.
Newton utilizó la palabra "reacción" cuando enunció su tercera ley.
Ley III A cada acción siempre hay una reacción opuesta e igual: o las acciones mutuas de dos cuerpos entre sí son siempre iguales y dirigidas a partes contrarias.
La acción es la fuerza que ejerce un objeto sobre una superficie y la reacción (o fuerza normal) es la fuerza que ejerce la superficie sobre el objeto.
Estoy de acuerdo con Mathemagician en que el uso del término "reacción" aquí no es el mismo que cuando se describen las fuerzas de acción/reacción.
Como Mathemagician señala correctamente, la "reacción" normal del suelo en la caja en su primer diagrama no es el compañero de acción/reacción del peso de la caja, porque (i) el peso es gravitacional mientras que la fuerza normal es electromagnética, (ii) estas 2 fuerzas actúan sobre el mismo cuerpo (la caja), y (iii) el peso (o su componente normal) y la fuerza de reacción normal no siempre son iguales.
El compañero de acción/reacción del peso de la caja (es decir, la atracción hacia abajo de la Tierra sobre la caja) es la atracción gravitacional de la caja que actúa hacia arriba sobre la Tierra. Y el compañero de acción/reacción de la fuerza de contacto electromagnético del suelo que empuja hacia arriba sobre la caja es la fuerza de contacto electromagnético de la caja que empuja hacia abajo sobre el suelo.
En este contexto, la fuerza de contacto se denomina fuerza de reacción porque es la "reacción" o "respuesta" a una situación dada y es difícil de calcular o medir directamente. La única forma práctica de decidir qué valor tiene es reconociendo que es la respuesta desconocida a alguna otra fuerza o fuerzas que se conocen, para que ocurra una aceleración conocida. Es la fuerza desconocida que se necesita para hacer la ecuación.
Por ejemplo, si la caja pesa (hacia abajo) y no hay aceleración ( ) entonces podemos deducir que la fuerza normal (hacia arriba) es , para equilibrar la ecuación. Si la caja está en el suelo de un ascensor que acelera hacia arriba a podemos deducir que la fuerza de contacto debe ser .
Lo mismo puede decirse de la fuerza de reacción tangencial , más conocida como fuerza de fricción estática . Es otra fuerza de contacto cuyo valor es variable pero muy difícil de calcular o medir excepto por deducción al aplicar la ecuación .
En teoría, tanto las fuerzas de reacción normales como las tangenciales podrían calcularse directamente, por ejemplo, modelándolas como fuerzas de resorte. Así como puedes calcular el peso usando si sabes la masa y la fuerza del campo gravitatorio , también puede calcular la fuerza normal usando si sabes la cantidad por el cual el suelo es comprimido por la caja y la constante del resorte para el suelo, asumiendo que obedece la Ley de Hooke. Pero tampoco es práctico medir o porque uno es microscópicamente pequeño y el otro es enormemente grande. (Alternativamente, podríamos medir la compresión de la caja, que si es de madera o cartón será mayor que la de un piso de concreto, granito o mármol). Asimismo, la fuerza de fricción estática podría calcularse a partir del desplazamiento lateral microscópico de la caja o el suelo y su enorme constante de resorte lateral, pero de nuevo no es práctico medir ninguno de estos.
Matemáticamente, una fuerza de contacto (normal o tangencial) es un tipo de fuerza de restricción . Toma cualquier valor que sea necesario para garantizar que se cumpla la condición de restricción. Por lo general, esto significa que no se cruza un límite.
Suponemos que el suelo y la caja son cuerpos rígidos que no se deforman en absoluto, ni siquiera a nivel atómico. Esto significa que y por lo tanto para todos los valores de la fuerza aplicada . No hay manera de decidir qué valor tiene utilizando este modelo - es indeterminado . La única forma en que podemos calcular la fuerza de contacto es por deducción, como la fuerza desconocida en la ecuación . En un problema 2D, si tenemos 2 fuerzas desconocidas podemos usar la ecuación de rotación para encontrar la segunda fuerza desconocida. Si tenemos 3 fuerzas desconocidas entonces estamos en problemas. El modelo de cuerpo rígido no puede hacer frente a esta situación.
david z
usuario191954