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¿De dónde viene una fuerza normal?

Siendo más específicos, digamos que coloco un objeto encima de una mesa, esto hará que la mesa aplique una fuerza normal sobre el objeto.

Mi pregunta es: ¿Por qué existe esta fuerza? ¿Es por la existencia de fuerzas eléctricas entre la mesa y el objeto que hace una "repulsión", o incluso porque el objeto "deforma" la estructura de la mesa y las fuerzas intramoleculares intentan "arreglarlo" (hacer que la mesa, que es un sólido, vuelva a su estructura normal, aplicando así una fuerza)? It's a silly drawing, but it kinda represents the situation

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Si no se está dispuesto a aceptar varios movimientos de mano de alto nivel, hay que ir al grano y enfrentarse a la complejidad de las fuerzas intermoleculares. Pero no diga que no se lo advertí. physics.stackexchange.com/q/1077

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zechdc Puntos 438

No se trata exactamente de fuerzas eléctricas o intra/intermoleculares como conjeturas en tu pregunta. Más bien, se trata de fuerzas de intercambio, por ejemplo, https://en.wikipedia.org/wiki/Exchange_interaction . Cuando dos objetos macroscópicos se acercan (muy cerca), las capas de electrones que rodean a sus respectivos átomos empiezan a afectarse mutuamente. Y dos electrones (porque son fermiones) no pueden ocupar simultáneamente el mismo estado (estar en "el mismo lugar al mismo tiempo", coloquialmente), más conocido como principio de exclusión de Pauli, https://en.wikipedia.org/wiki/Pauli_exclusion_principle (enlace añadido después de que me di cuenta de @Qmechanic editado que la etiqueta en la pregunta original:)

Por lo tanto, al tratar de empujar los objetos macroscópicos juntos, forzando así demasiados electrones en los estados disponibles de la cáscara atómica, el estado general de multipartículas que describe esa colección de electrones (determinado por el determinante de Slater, por ejemplo, https://en.wikipedia.org/wiki/Slater_determinant ) da necesariamente una probabilidad nula de encontrar dos electrones cualesquiera en el mismo estado. Y eso da lugar al efecto/semejanza macroscópica de una "fuerza", que impide que los objetos macroscópicos estén "en el mismo lugar al mismo tiempo".

Editar
$\mathbf{\mbox{--------}}$

Otro efecto que involucra a las fuerzas de intercambio (sin relación con la pregunta del operador sobre las fuerzas normales, por sí mismo pero quizás sea más interesante físicamente) es el condensado de Bose-Einstein, https://en.wikipedia.org/wiki/Bose%E2%80%93Einstein_condensate

En este caso, un gas de bosones se sobreenfría de manera que la mayoría de las "partículas" que lo componen caen todas en el estado de menor energía. Y esto es posible porque los bosones no están sujetos al principio de exclusión de Pauli, por lo que una gran colección de ellos puede ocupar todos ese mismo estado. Y entonces esta colección macroscópica exhibe algunas propiedades cuánticas notables que uno esperaría que sólo fueran observables a nivel microscópico.

Pero, ahora, no se podría preparar un condensado tan notable compuesto por fermiones, como los electrones, exactamente por la misma razón comentada anteriormente --- excepto en el caso de https://en.wikipedia.org/wiki/Fermionic_condensate#Fermionic_superfluids donde los fermiones están emparejados para que cada par de fermiones actúe como un bosón.

Un interesante vídeo en el que se habla de todo esto se encuentra en http://learner.org/resources/series213.html Haga clic en el botón [vod] a lo largo del lado derecho de Programa 6. Mecánica cuántica macroscópica En la segunda mitad de este vídeo se entrevista a Deborah Jin (y a algunos de sus estudiantes de posgrado), que produjo el primer condensado fermiónico de la historia, y se habla de la física implicada. (Desgraciadamente, el vídeo es de 2010, y un número más reciente de Physics Today publicó el obituario de Jin, en el que también se habla de sus logros).

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@Nat no "básicamente", i.e. y e.g. son ambas abreviaturas de frases latinas que significan exactamente lo que has escrito

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@Nat (y at-KyleKanos), Caramba, chicos, esto es divertido:). Y sólo para que conste (aunque no tengo ni idea de por qué demonios querríamos un registro sobre algo de esto:), quise decir "por ejemplo". Es decir (sólo para tener una es decir allí), hay muchas, muchas páginas web sobre las fuerzas de cambio y sobre el determinante de Slater, y yo sólo estaba ilustrando una de esas muchas. El operador debería buscar en Google estos términos para encontrar discusiones más o menos matemáticas o técnicas.

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@Nat por favor, no edites el post sólo para quitar mis citas de wikipedia. Lo hice retroceder. De la pregunta del operador se desprende claramente que no está familiarizado con estos términos. Así que necesita una explicación. Y yo sólo le he dado algunas citas, y él puede hacer preguntas de seguimiento si tiene algún interés o más preguntas sobre esos conceptos. Pero su perfil no dice nada sobre su formación, por lo que no quise molestarme en intentar explicarlos, ya que no tengo ni idea de cómo plantear una discusión de este tipo. O si la persona está interesada.

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Nestor Puntos 1133

En esencia, ocurre lo mismo cuando se coloca un objeto sobre una mesa que cuando se cuelga el objeto de un muelle. El equilibrio se alcanza cuando el muelle se extiende lo suficiente como para proporcionar una fuerza ascendente sobre el objeto igual a la atracción de la gravedad sobre el objeto. [La mesa también se deforma cuando se coloca un objeto sobre ella, aunque no se nota la deformación a no ser que se disponga de un equipo de medición especial (o la mesa esté desvencijada).

Las fuerzas que intervienen en la deformación tanto del muelle como de la mesa son fundamentalmente electromagnéticas.

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Gabi Puntos 29

Sólo pongo esto como respuesta porque no tengo la reputación para comentar. Si escuchas las conferencias de Feynmans, enumera varios ejemplos de resultados experimentales que han sido, con un gran orden de precisión, predichos con éxito por la Electrodinámica Cuántica (QED). Las Leyes de Newton pueden derivarse de los supuestos básicos de la QED.

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Así que supongo que si quieres la razón más fundamental de por qué hay una fuerza normal, ve a estudiar QED

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