La fuerza normal se define como la fuerza ejercida por cualquier superficie sobre otro objeto. Cuando un objeto está en reposo, la fuerza neta ejercida sobre él es igual a cero. No se puede aplicar una fuerza normal sobre dos superficies que no están conectadas entre sí. Puede interpretarse como una componente de la fuerza que es vertical a cualquier superficie de contacto. Determina cuánta fuerza entrega el cuerpo al suelo. La fuerza normal es igual al peso del objeto solo si la tasa de cambio de velocidad del objeto es negativa, lo que significa que está desacelerando.
Fórmula
El valor de la fuerza normal depende de dónde se coloca el objeto con respecto al otro objeto. Cuando un objeto va a caer, la posición en la que el objeto cae sobre el suelo determina el valor de la fuerza normal. La fuerza normal se denota con el símbolo F N . Su unidad de medida es Newtons (N) y la fórmula dimensional está dada por [M 1 L 1 T -2 ].
Si un cuerpo descansa sobre una fuerza plana, la fuerza normal es igual al valor del peso gravitatorio, es decir, mg.
FN = mg
dónde,
F N es la fuerza normal,
m es la masa del objeto en reposo,
g es la aceleración de la gravedad.
Si un cuerpo se desliza hacia abajo desde una superficie inclinada en algún ángulo, el valor de la fuerza normal es el peso gravitacional agregado por una fuerza adicional de F sen θ. En este caso, la fuerza normal es mayor que el peso del objeto.
F N = mg + F sen θ
Dónde,
F N es la fuerza normal,
m es la masa del objeto deslizante,
g es la aceleración de la gravedad,
θ es el ángulo de inclinación.
Si la fuerza actúa sobre un cuerpo en dirección hacia arriba, el valor de la fuerza normal es el peso gravitatorio decrementado por una fuerza de F sen θ. En este caso, la fuerza normal neta es menor que el peso del objeto.
F N = mg – F sen θ
dónde,
F N es la fuerza normal,
m es la masa del objeto deslizante,
g es la aceleración de la gravedad,
θ es el ángulo de inclinación.
Si un cuerpo se coloca en un plano inclinado, la fuerza normal F N es igual al producto del peso gravitacional y el coseno del ángulo de inclinación.
F N = mg cos θ
dónde,
F N es la fuerza normal,
m es la masa del objeto deslizante,
g es la aceleración de la gravedad,
θ es el ángulo de inclinación.
Problemas de muestra
Problema 1. Un objeto de 2 kg de masa descansa sobre una mesa. Calcular la fuerza normal que se ejerce sobre él.
Solución:
Tenemos,
metro = 2
gramo = 9,8
Usando la fórmula que obtenemos,
FN = mg
= 2 (9,8)
= 19,6N
Problema 2. Un objeto descansa sobre una mesa con una fuerza de 39,2 N. Calcula la fuerza normal que se ejerce sobre él.
Solución:
Tenemos,
F = 39,2
gramo = 9,8
Usando la fórmula que obtenemos,
FN = mg
=> m = F/g
=> metro = 39,2/9,8
=> metro = 4 kg
Problema 3. Un objeto de 10 kg de masa se desliza hacia abajo con una fuerza de 200 N desde una superficie inclinada en un ángulo de 30°. Calcular la fuerza normal que se ejerce sobre él.
Solución:
Tenemos,
F = 200
metro = 10
gramo = 9,8
θ = 30°
Usando la fórmula que obtenemos,
F N = mg + F sen θ
= 10 (9.8) + 200 sen 30°
= 98 + 200 (1/2)
= 98 + 100
= 198N
Problema 4. Un objeto de 20 kg de masa se desliza hacia abajo con una fuerza de 400 N desde una superficie inclinada en un ángulo de 30°. Calcular la fuerza normal que se ejerce sobre él.
Solución:
Tenemos,
F = 400
metro = 20
gramo = 9,8
θ = 30°
Usando la fórmula que obtenemos,
F N = mg + F sen θ
= 20 (9.8) + 400 sen 30°
= 196 + 400 (1/2)
= 196 + 200
= 396 norte
Problema 5. Un objeto de 15 kg de masa se coloca sobre una superficie inclinada en un ángulo de 30°. Calcule la fuerza normal que se ejerce sobre él si la fuerza actúa hacia arriba con un valor de 100 N.
Solución:
Tenemos,
F = 100
metro = 15
gramo = 9,8
θ = 30°
Usando la fórmula que obtenemos,
F N = mg – F sen θ
= 15 (9.8) – 100 sen 30°
= 147 – 100 (1/2)
= 147 – 50
= 97 norte
Problema 6. Un objeto de 5 kg de masa se coloca sobre una superficie inclinada en un ángulo de 60°. Calcular la fuerza normal que se ejerce sobre él en cualquier punto.
Solución:
Tenemos,
metro = 5
gramo = 9,8
θ = 60°
Usando la fórmula que obtenemos,
F N = mg cos θ
= 5 (9,8) (cos 60°)
= 49/2
= 24,5N
Problema 7. Un objeto se coloca sobre una superficie inclinada con un ángulo de 60°. Calcula su masa si la fuerza normal que se ejerce sobre él es de 400 N.
Solución:
Tenemos,
FN = 400 ,
θ = 60°
Usando la fórmula que obtenemos,
F N = mg cos θ
m = F/(g cos θ)
= 400/ (9,8 × cos 60°)
= 400/4,9
= 81,63 N