¿Hay algún caso en que la fuerza normal no apunte lejos de la superficie?

Answer 1

No conozco tal contraejemplo. La fuerza normal es una propiedad emergente que observamos a nivel macro. No existe una fuerza fundamental llamada “fuerza normal”. Así que supongo que una forma de tener un contraejemplo es si decides considerar una fuerza de pegamento como parte de una fuerza normal. Ese sería un uso no estándar, pero el uso encajaría dentro del contexto de tratar de resolver un problema.

También en un problema con la fricción, una forma ligeramente mejor de establecer la dirección de la fuerza normal es decir que es perpendicular a la dirección de la fuerza de fricción.

En última instancia, la fuerza normal es normalmente una representación macro del principio de exclusión de Pauli para sólidos. Para aplicar una normalidad basada en ser perpendicular a la superficie, primero debe tener una superficie lo suficientemente lisa como para definir qué es perpendicular a la superficie. Tome por ejemplo lo siguiente:

Si usa una fuerza normal en el diagrama de cuerpo libre, ¿qué dirección elige desde el punto? Este ejemplo no tiene una superficie plana sobre la que descansa el objeto.

Imagínese si decido presentar una superficie plana en la parte superior del punto de 1 mm de ancho y en un ángulo de 15 grados con respecto a la horizontal. ¿Sería razonable esperar que de alguna manera cambie la dirección de la fuerza que sostiene el rayo del suelo?

Entonces, con una superficie bastante pequeña, tratar de tomar la perpendicular a eso no es apropiado. En cambio, para este ejemplo en particular, me pregunto qué dirección espero para la fricción estática. Ahora es obvio que la fuerza normal debe ser perpendicular a la dirección de la fricción estática para tener un equilibrio.

Answer 2

La fuerza normal actúa como una fuerza de equilibrio y su dirección depende de otras fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Tomamos un bloque (sin masa) en una superficie horizontal para su explicación.

Caso 1. El bloque es actuado por la fuerza de dirección hacia abajo. Imagine a un niño presionando el bloque desde la superficie superior. En este caso, la fuerza normal actuará hacia arriba para equilibrar la fuerza hacia abajo aplicada por el niño para mantener el bloque estacionario. La fuerza normal será proporcionada por la superficie.

Caso 2. Ahora, el bloque está atrapado en la superficie por un pegamento y el niño trata de sacar el bloque de la superficie con una fuerza hacia arriba. En este caso, la fuerza normal será en dirección opuesta, es decir, hacia abajo y será proporcionada por el pegamento.

En los casos anteriores, la fuerza normal está en direcciones opuestas.

Nota : La fuerza normal también depende de la forma de los cuerpos en contacto y puede cambiar con el cambio en el punto de contacto. Aquí, se toma un ejemplo simplificado solo para explicar.

Answer 3

No.

La palabra “normal” significa “en ángulo recto a”, por lo que, por definición, una reacción normal siempre significa una fuerza que es perpendicular a la superficie.

En su ejemplo, la reacción normal siempre está en ángulo recto con la superficie, pero una reacción normal no tiene que ser vertical. Puede estar en cualquier ángulo porque la superficie puede estar en cualquier ángulo.

Tu problema

Cuando la caja está en el punto más alto, la fuerza centrípeta es proporcionada por su peso y la reacción normal (que está verticalmente hacia abajo en este punto) simplemente se vuelve cero (porque la caja solo alcanza ese punto).

Entonces,

mvv / R = mg

o,

vv = R g …………… .1

La velocidad, u, la caja debe tener en la parte inferior debe darle suficiente energía cinética en la parte inferior para alcanzar solo la parte superior y tener velocidad, v. Perderá KE y ganará PE (= mgh = mg 2 R)

Entonces,

0.5 muu – 0.5 mvv = mg 2 R

o,

0.5 uu – 0.5 vv = 2 R g ……………… .2

Ahora puede hacer un poco de matemática para combinar las ecuaciones 1 y 2 para obtener:

uu = 5 R g

entonces,

u = (5 R g) ^ 0.5

OTRO EJEMPLO

Es posible que la fuerza de reacción no esté en ángulo recto con la superficie (en cuyo caso NO lo llamamos una reacción normal).

Si coloca una escalera contra un edificio, la fuerza de reacción, R, desde el suelo que actúa en la parte inferior de la escalera estará en ángulo.

Esto se debe a que R es el resultado de la reacción normal, N, en el fondo de la escalera, y la fricción, F, que actúa a lo largo del suelo hacia la pared, lo que impide que la escalera se deslice hacia atrás.

R actuará en un ángulo, x, al suelo, donde:

Tan x = N / F

Por Pitágoras, la magnitud de R = (NN + FF) ^ 0.5

OTRO EJEMPLO:

Si coloca un bloque, que permanece estacionario en una pendiente, entonces N es la fuerza que es perpendicular a la superficie de la inclinación y F actúa hacia arriba a lo largo de la inclinación para evitar que se deslice hacia abajo.

En este caso, la resultante de N y F (que es R) debe actuar verticalmente para ser igual y opuesta al peso del bloque.

Si la inclinación estuviera a 30 grados con respecto a la horizontal, entonces la reacción normal, N, estaría a 30 grados con respecto a la vertical. Si dibuja un diagrama, debería poder ver esto.

Answer 4

“¿Hay alguna situación en la que la fuerza normal no apunte lejos de la superficie?”

Sí, puede apuntar a la superficie.

La convención es definir la “dirección normal” [matemática] \ hat n [/ matemática] como apuntando “hacia afuera” a lo largo del radio de curvatura local … para que la superficie esté cóncava lejos de la dirección normal.

La fuerza normal es el componente de la fuerza total que apunta en la dirección normal.

[matemáticas] \ vec F_N = F_N \ hat n [/ matemáticas]

Si la superficie del objeto es cóncava, entonces [math] \ hat n [/ math] apuntará al objeto … por lo que la fuerza apunta a la superficie del objeto.

Eso es en general. Sin embargo, tiene un ejemplo específico en mente.

En el ejemplo dado, de un objeto que se desliza sobre una superficie curva, las fuerzas de contacto (debido al objeto que toca la superficie) forman un par. El objeto presiona hacia la superficie con una fuerza que apunta hacia la superficie (duh) mientras que la superficie presiona sobre el objeto en una dirección que tiene que estar lejos de la superficie (porque esa es la dirección del objeto).

Answer 5

Si. Y esta figura ‘(a)’ describe el movimiento de los bloques en el punto ‘B’. En ese punto, lo normal es apuntar lejos de la superficie, ya que está a 90 grados de la tangente a la curva en el punto B.