Forza normale

Il concetto di forza ha molteplici usi. Possiamo parlare di forza fisica per alludere alla grandezza che ha la capacità di influenzare il movimento e la forma dei corpi (elementi con massa). Secondo le loro caratteristiche, è possibile distinguere diversi tipi di forza: forza gravitazionale, forza centripeta, forza di trazione, forza di attrito, forza massima e forza magnetica, tra gli altri.

In questa occasione ci concentreremo sulla nozione di forza normale. È il nome dato alla forza esercitata da una superficie sul corpo che vi si appoggia. La forza normale ha la direzione opposta, ma la stessa direzione e la stessa grandezza, della forza esercitata dal corpo stesso sulla superficie in questione.

Prendiamo il caso di una scatola che pesa 50 chilogrammi e che è posta su una sedia. Il peso della scatola è uguale alla sua massa (espressa in chilogrammi) moltiplicata per la gravità. Il risultato di questa operazione, ma in direzione opposta, sarà la forza normale esercitata dalla sedia sulla scatola.

È importante notare che la forza normale è sempre una forza di contatto. Quando i due corpi non sono in contatto (cioè quando le loro superfici non si toccano), non c'è nessuna forza normale che agisce l'uno sull'altro. Nel caso dell'esempio precedente, se qualcuno tiene la scatola qualche centimetro sopra la sedia, la forza normale di cui sopra non si applicherà.

La forza normale è perpendicolare alle superfici che sono in contatto e impedisce che un corpo passi attraverso l'altro. Il contatto tra due corpi coinvolge anche altre forze, ma parallele alle superfici: le forze di attrito.

Questo concetto ci porta alle leggi di Newton, un insieme di tre principi definiti dal fisico inglese Isaac Newton che servono a spiegare molti dei problemi posti dalla meccanica classica, soprattutto quelli che riguardano il moto dei corpi. Più specificamente, dobbiamo riferirci alla sua terza legge, la legge di "azione e reazione", secondo la quale ad ogni azione corrisponde una reazione uguale o opposta. In questo caso, possiamo dire che la forza normale esercitata dalla superficie ha la stessa grandezza della forza esterna, anche se la sua direzione è opposta.

Nel campo della fisica, il numero usato per rappresentare la lunghezza di un vettore quando viene rappresentato graficamente è chiamato modulo. Per ottenerlo, basta mettere i valori del vettore corrispondente a ciascuno degli assi cartesiani nella famosa equazione del teorema di Pitagora normalmente usata per calcolare l'ipotenusa di un triangolo rettangolo: l'ipotenusa è uguale alla radice quadrata della somma dei quadrati dei diversi lati. Un altro nome per questo concetto è magnitudine.

Il modulo della forza normale coincide solitamente con la proiezione della nuova forza, cioè la forza risultante dalla sua applicazione sul corpo, sulla normale alla superficie. È importante notare che per proiezione di una forza si intende la sua trasformazione in altre forze che giacciono sugli assi e che, sommate, danno come risultato la forza originale. Nel caso del peso della scatola di cui sopra, se consideriamo che la superficie della sedia è un piano la cui inclinazione forma un angolo α, possiamo dire che il calcolo della forza normale si effettua come segue:

F = m.g.cos(α)

Qui abbiamo le variabili m, che rappresenta la massa, e g, la gravità, entrambe moltiplicate insieme e per il coseno dell'angolo che si vede tra la superficie della sedia e l'asse orizzontale immaginario.