Força normal

Já trombou com uma parede? Doeu? A “culpada” disso é a força normal. A força normal está sempre direcionada perpendicularmente à superfície de contato de modo que dois objetos sólidos não se atravessem.

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O que é a força normal

De maneira simplificada, força normal é uma componente de uma força de contato. Esta componente é sempre perpendicular à superfície na qual o objeto se encontra. Por exemplo, em uma superfície plana, como o chão. Em outras palavras, a força normal é responsável para que objetos sólidos não se atravessem.

É necessário lembrar que a força normal é uma força de contato. Dessa forma, caso não haja contato entre as superfícies, não há força normal entre elas.

A nomenclatura “Normal” não é no sentido comum da palavra. Este termo é usado no sentido geométrico a significar perpendicular, isto é, a 90° da superfície.

A força normal serve para que os objetos não atravessem uns aos outros. Ou seja, quando colocamos algum corpo sobre uma superfície plana, a força normal surge como uma maneira de evitar que o peso de um corpo atravesse a de outro. A intensidade da força normal é numericamente igual ao componente vertical do peso do objeto colocado sobre a superfície.

Como se calcula

Na verdade, não há uma fórmula específica para o cálculo da força normal. Para realizar este cálculo, é comum usar o fato da aceleração perpendicular às superfícies. Dessa forma, usamos sempre a segunda lei pertinente às leis de Newton para calcular a força normal.

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Para isso, seguimos a estratégia abaixo:

1. Desenhar um diagrama de forças contendo todas as forças que atuam no objeto estudado;
2. Escolher a direção da lei de Newton igual à direção da força normal;
3. Inserir todos os outros dados fornecidos pelo exercício (aceleração, massa e forças);
4. Calcular a força normal.

Força normal X força peso X força de tração

Apesar das três forças aparecerem nos mesmos casos, conceitualmente, elas são diferentes. As principais diferenças são:

A força peso é uma força que atua a distância. A força normal atua por contato. Por último, a força de tração, que também é chamada de tensão, está direcionada sempre ao longo de um fio.

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Trabalho da força normal

A força normal sempre é direcionada sempre na direção perpendicular à superfície de contato. Desta forma, o trabalho da força normal também estará nessa direção.

O trabalho de uma força depende do deslocamento e do cosseno do ângulo entre a força e a direção do deslocamento. Sendo a força normal perpendicular à superfície, o cosseno desta força será é nulo. Consequentemente, em todas as situações, o trabalho realizado pela força normal será nulo.

Exemplos

Apesar de não haver nenhuma fórmula específica para o cálculo da força normal, podemos encontrar a intensidade desa força em certos casos. Por exemplo: a força normal no plano horizontal, força normal no plano inclinado e força normal na parede (ou plano vertical). Veja abaixo como calcular cada um deles.

Força normal no plano horizontal

Caso o corpo esteja em contato com uma superfície horizontal e esteja em repouso, a força normal será numericamente igual ao peso. Conforme a figura acima. Desta forma, pode-se calcular a força normal da mesma forma que calculamos o peso do corpo.

Este resultado é devido ao somatório das forças no corpo. Como ele está em repouso, a resultante será nula.

Onde:

• N: Força normal (N)
• P: Força peso (N)
• m: massa (kg)
• g: aceleração da gravidade (m/s²)

Força normal no plano inclinado

A força normal no plano inclinado será numericamente igual à componente vertical da força peso. Para realizar o cálculo, devemos decompor a força peso e, então, encontramos a força resultante em cada uma das componentes. Assumindo que o bloco se move apenas ao longo da superfície do plano, a força resultante perpendicular ao plano inclinado é nula. Então:

Onde:

• N: Força normal (N)
• P_y: Componente vertical da força peso (N)
• m: massa (kg)
• g: aceleração da gravidade (m/s²)
• cos(𝛼): Cosseno do ângulo de inclinação do plano

Força normal no plano vertical

Caso o corpo esteja em contato com uma superfície vertical, como uma parede e esteja em repouso, a força normal será numericamente igual à força aplicada sobre o corpo. Conforme a figura acima. Dessa forma, pode-se calcular a força normal da mesma forma que calculamos a força resultante sobre o corpo.

Esse resultado se deve ao somatório das forças no corpo. Como ele está em repouso, a resultante será nula.

Onde:

• N: Força normal (N)
• F: Força aplicada (N)
• m: massa (kg)
• a: aceleração (m/s²)

Lembre-se de não confundir a força normal como a reação da superfície. Além disso, apesar de a força normal não ter uma fórmula específica, podemos calculá-la para todos os casos ao compreender a força resultante específica.

Vídeos sobre força normal

Agora é hora de aprofundar nossos conceitos de força normal! Veja os vídeos selecionados abaixo.

Força peso e força normal

Entenda as relações entre a força peso e a força normal

Aprofundamento: força normal

Aprofunde seus conhecimentos sobre a força normal

Agora para melhorar seus conhecimentos sobre a dinâmica newtoniana, estude um pouco mais sobre o plano inclinado.

Referências