Força normal
A força normal é uma reação da força de contato aplicada em uma superfície, sendo uma consequência direta da terceira lei de Newton (ação e reação). Todo corpo que aplica uma força de contato sobre uma superfície sofre uma reação imediata e perpendicular ao plano em que se encontra. Para calculá-la, é necessário ter a visão vetorial de como as forças se posicionam, para assim descrever corretamente sua componente.
A força normal é confundida erroneamente como uma reação da força peso, ou como uma força de tração, mas sua existência depende exclusivamente do contato físico com uma superfície.
Leia também: Afinal, o que é força?
Resumo sobre força normal
- Força normal é uma reação da força de contato aplicada em uma superfície.
- Ela não possui uma fórmula específica, a depender da inclinação de sua superfície.
- O cálculo da força normal depende de como os vetores da força são apresentados.
- A diferença da força normal para outras forças que sustentam o equilíbrio está na dependência de uma superfície.
O que é força normal?
De acordo com a terceira Lei de Newton, mais conhecida como ação e reação, existe uma consequência direta na aplicação de uma força sobre outro corpo: a existência de uma reação. Nesse caso, quando qualquer objeto realiza contato com uma superfície, ele sofre imediatamente uma reação de mesma intensidade e direção, mas de sentido oposto.
Geometricamente, essa força de reação sempre irá ser perpendicular à superfície. Dessa forma, é chamada então de força normal, fazendo referência à reta normal que corta sempre uma superfície a 90° de angulação.
Apesar de visualmente a força normal parecer ser a reação da força peso, isso não é fisicamente adequado. A força de contato irá depender da inclinação da superfície e, sendo assim, definirá o vetor da força normal.
Qual a fórmula da força normal?
A força normal não possui uma fórmula específica, pois é uma componente que depende da inclinação da superfície. Os casos mais comuns são descritos abaixo:
a) Superfície plana horizontal
b) Superfície de um plano inclinado
c) Força normal interna (equilíbrio de corpos extensos)
Como calcular a força normal?
Para calcular a força normal, deve-se ter muito cuidado em analisar vetorialmente as forças de contato presentes em uma superfície. A força normal sempre existirá como uma alternativa vetorial que equilibrará a ação de forças que geram o contato.
No caso de uma superfície plana onde se apoia o corpo, a força normal terá o módulo igual ao peso do objeto, já que exerce sua intensidade completa sobre a superfície. Se a superfície pertence a um plano inclinado, deve-se considerar apenas a componente vetorial da força que faça contato. Por essa razão, o uso de planos inclinados é um salto tecnológico na história da humanidade como formas de transporte de cargas, já que parte do peso é transferida ao contato com a superfície como apoio.
Outra forma de calcular a força normal é por meio do equilíbrio de corpos extensos, pois pontos de apoio de uma barra podem ser tratados na soma dos torques causado pelo peso do centro de gravidade.
Diferenças entre forças normal, tração e força de atrito
A principal diferença entre as forças de tração e normal está conceitualmente nas interações envolvidas. A força de tração necessita de uma tensão aplicada por um cabo, corda ou fio. Já a força normal depende apenas da interação física entre o corpo e a superfície.
Por outro lado, a força de atrito é uma força de contato que depende da ação da força normal. Se duas superfícies fazem contato físico, com movimento relativo entre elas (ou a tentativa de movimento), a força de contato irá gerar uma força natural de resistência que disparará parte da energia mecânica. Apesar da força de atrito constar a presença da força normal em sua fórmula, são forças conceitualmente diferentes, apesar de relacionadas.
Exercícios resolvidos sobre força normal
1. (Espcex (Aman) 2015) Uma pessoa de massa igual a 80kg está dentro de um elevador sobre uma balança calibrada que indica o peso em newtons, conforme desenho abaixo. Quando o elevador está acelerado para cima com uma aceleração constante de intensidade a = 2,0m/s2, a pessoa observa que a balança indica o valor de
Dado: intensidade da aceleração da gravidade g = 10 m/s2.
a) 160N
b) 640N
c) 800N
d) 960N
e) 1600N
Resposta:
[D]
Entendendo que a balança do enunciado seja na verdade um dinamômetro, a leitura indicada é a intensidade (FN) da força normal que a plataforma do dinamômetro aplica nos pés da pessoa:
\(F_N-P = m\cdot a \Rightarrow F_N-800=80\cdot 2 ⇒ F_N=960N. \)
2. (Unesp 2011) As moléculas de água (H2O) são atraídas umas pelas outras em associação por pontes de hidrogênio. Essa característica da água é responsável pela existência da tensão superficial, que permite que sobre a superfície da água se forme uma fina camada, cuja pressão interna é capaz de sustentar certa intensidade de força por unidade de área e, por exemplo, sustentar um pequeno inseto em repouso. Sobre a superfície tranquila de um lago, um inseto era sustentado pela tensão superficial.
Após o despejo de certa quantia de detergente no lago, a tensão superficial se alterou e o pobre inseto afundou, pois, com esse despejo,
a) a tensão superficial diminuiu e a força exercida pela água sobre o inseto diminuiu.
b) a tensão superficial aumentou e a força exercida pela água sobre o inseto aumentou.
c) a tensão superficial diminuiu e a força exercida pela água sobre o inseto aumentou.
d) a tensão superficial diminuiu e a força exercida pela água sobre o inseto permaneceu constante.
e) a tensão superficial aumentou e a força exercida pela água sobre o inseto permaneceu constante.
Resposta:
[A]
Após o despejo do detergente, a tensão superficial diminuiu e a força exercida pela água sobre o inseto diminuiu, tornando-se menor que o peso. O desequilíbrio das forças fez com o inseto afundasse.
Fontes
HALLIDAY, D; RESNICK, R. & WALKER, J. Fundamentos de Física - Mecânica, Vol. 1, 8ª ed. LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora. 2011.
HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
