Fuerza normal frente a fuerza de reacción

Question

Así que me pregunto sobre tres escenarios:

Tienes un libro en la mesa. Tiene una fuerza gravitacional que actúa hacia abajo. Esta es la fuerza que ejerce la tierra sobre el libro. Aparentemente hay una fuerza igual y opuesta en la tierra por el libro.

Pero también hay una fuerza normal implicada. La fuerza normal es la fuerza de la mesa que empuja hacia atrás el libro. ¿Tiene esto una fuerza de reacción del libro empujando hacia atrás en la mesa? ¿Y esto no se tiene en cuenta con la fuerza gravitacional? ¿Qué?

Y luego otra pregunta masiva: Si todo tiene fuerzas iguales y opuestas entre sí, ¿cómo puede haber fuerzas netas? En serio, eso es bastante extraño. Por ejemplo, cuando empujas un cubo con una velocidad no constante a lo largo de un plano horizontal, entonces hay fuerzas netas, lo cual es confuso porque según la tercera ley hay fuerzas iguales y opuestas en cada interacción.

Por último, si caminas por un suelo, éste empuja contra ti con una fuerza normal de reacción igual y opuesta. Pero, seguramente, si pesas tanto que la superficie se rompe y te caes, no hay una fuerza de reacción igual y opuesta. Entonces, ¿qué pasa con eso?

Actualización: Gracias por todas las buenas respuestas chicos, pero todavía estoy muy confundido, así que espero que no les importe si no acepto la respuesta de nadie hasta el momento. La calidad de vuestras respuestas es estupenda, pero quiero asegurarme de que entiendo estos conceptos al 100% antes de resolver mi problema.

Answer 1

La fuerza normal es la fuerza de la mesa que empuja contra el libro. ¿Tiene esto una fuerza de reacción del libro empujando hacia atrás en la mesa? ¿Y esto no está ya contabilizado con la fuerza gravitatoria? ¿Qué?

• El libro siente el peso hacia abajo. Reacción la Tierra siente una atracción gravitatoria hacia arriba.
• El libro siente una fuerza normal hacia arriba. Reacción la Tierra siente un empuje hacia abajo.

Otro ejemplo:

• Una bola de billar siente un "empuje" hacia atrás en el momento del impacto (equivalente a la fuerza normal anterior). Reacción : La otra bola de billar siente el mismo "empuje" pero en sentido contrario (equivalente al empuje anterior).

Si todo tiene fuerzas iguales y opuestas entre sí, ¿cómo puede haber fuerzas netas? En serio, eso es bastante extraño. Por ejemplo, cuando empujas un cubo con una velocidad no constante a lo largo de un plano horizontal, entonces hay fuerzas netas, lo cual es confuso porque según la tercera ley hay fuerzas iguales y opuestas en cada interacción.

Hay una fuerza de reacción a cada fuerza ejercida, sí. Sólo recuerda que usted está hablando otro objeto entonces.

• El libro siente la fuerza normal, pero su reacción es no se siente por el libro la reacción la siente la Tierra.
• La bola de billar siente el "empuje" del impacto y, por lo tanto, tiene una fuerza neta y vuela hacia atrás (se acelera). La reacción es no se siente por la misma bola de billar sino por el otros pelota, que entonces también tiene una fuerza neta y sale volando (se acelera).

Al establecer la 2ª ley de Newton, siempre hay que fijarse en sólo un objeto/sistema a la vez.

Por último, si caminas por un suelo, éste empuja contra ti con una fuerza normal de reacción igual y opuesta. Pero, seguramente, si pesas tanto que la superficie se rompe y te caes, no hay una fuerza de reacción igual y opuesta. ¿Qué pasa con eso?

• Si un ninja hace un corte de karate en un tablón sin romperlo aplicando fuerza $F$ Entonces el tablón es capaz de retener con el todo la misma fuerza $-F$ .
• Si el ninja corta un tablón con karate que rompe Entonces no necesitaba toda la fuerza $F$ . Sólo aplicó la fuerza hasta que el tablón dejó de reaccionar con la misma fuerza. Después de ese momento no aumentó su fuerza. Por lo tanto, la fuerza que ejerció es igual a la fuerza que pudo hacer el tablón (más el término de aceleración que también provoca), que es menor que la $F$ que podría haber hecho.

Piensa en la diferencia entre lanzar tu mano de karate por el aire y lanzarla contra un trozo de papel que se cae y lanzarla contra una pared: Al golpear la pared, se ejerce una fuerza sobre la misma. Al golpear el papel, ejerces una fuerza pero mucho menor (y además lo mueves). Cuando no se golpea nada, no se ejerce ninguna fuerza sobre nada, sólo se mueve.

Answer 2

Considere el siguiente diagrama,

El bloque superior empuja la caja negra hacia abajo con una reacción normal y la caja negra proporciona la fuerza normal (reacción) a la caja roja de modo que la fuerza neta sobre la caja roja se convierte en $0$ Pero estas dos fuerzas (la fuerza normal debida a la caja roja y la fuerza normal debida a la caja negra) actúan sobre dos cuerpos diferentes, por lo que no pueden anularse mutuamente.

La caja roja empuja a la caja negra por la reacción normal, no por su peso.

Si el sistema está en reposo, entonces significaría que la fuerza normal debida a la caja negra sobre la caja roja anula el peso de esta última. Esto significa que la fuerza normal entre las cajas es igual al peso de la caja roja.

No es necesario que la fuerza normal sea igual al peso de la caja roja. Puede haber muchos otros casos en los que un sistema de este tipo puede estar acelerando (como en un ascensor), en los que la fuerza normal no será igual al peso de la caja roja.

Cuando el sistema está en reposo, la fuerza normal debida a la caja roja (su peso) se suma al peso de la caja negra. Así que ahora el suelo tiene que proporcionar a la caja negra una fuerza normal igual al peso de ambas cajas si el sistema tiene que permanecer en reposo.

Para tu última pregunta, si tu peso es superior al que puede soportar el suelo, efectivamente se romperá. Como estás en equilibrio con el suelo, la reacción normal que te proporciona el suelo anula tu peso. Pero el suelo se romperá si la reacción normal que le proporcionas al suelo excede sus límites.

Answer 3

El concepto principal que hay que tener en cuenta aquí es el siguiente:

• Los pares de acción/reacción nunca actúan sobre el mismo cuerpo.

Pensar que la normalidad y el peso forman un par de acción/reacción es uno de los errores más comunes entre los estudiantes novatos de física. Por la afirmación anterior se concluye que las fuerzas normal y gravitatoria que actúan sobre el libro o en la persona que camina no pueden formar un par acción/reacción ya que actúan sobre el mismo cuerpo. Por la misma razón, vemos que es perfectamente posible tener fuerzas netas sobre un cuerpo.

Sólo para completar, no es cierto que todas las fuerzas tengan una reacción. Esto es válido sólo para las fuerzas de interacción (como la gravedad, la normal, la eléctrica,...). Las pseudofuerzas (como la fuerza centrífuga, la fuerza de Coriolis,...) no tienen reacción ya que no se originan en un cuerpo.

Answer 4

Permíteme intentar explicar al menos una de tus preguntas, la de las fuerzas iguales y opuestas. En primer lugar, si eres superpesado y caes por el suelo, eso no significa que de repente no haya fuerza de reacción. Simplemente significa que tu peso es tan grande que ha superado el límite de tensión, o límite elástico, del suelo, y éste se ha "roto" esencialmente porque no podía soportar más la fuerza que estabas ejerciendo sobre él.

Ahora, consideremos esta imagen. Estas dos personas idénticas se empujan mutuamente en carros idénticos con ruedas idénticas sobre un terreno perfectamente uniforme. Ninguna de ellas podrá moverse, debido a la fuerza de reacción que cada una ejerce sobre la otra.

Ahora, consideremos esta segunda imagen. Aquí se representan dos situaciones diferentes, pero las fuerzas entre la chica y la pelota son exactamente las mismas. En la primera, la niña lanza la pelota y ésta le empuja la mano, pero la fricción de sus zapatos en el suelo impide que la fuerza de reacción la mueva de forma significativa. En cambio, cuando lleva patines, no hay fricción que la mantenga en su sitio, por lo que la pelota sí la mueve hacia atrás.

Y por eso las cosas se mueven aunque cada fuerza tenga una fuerza de reacción igual y opuesta: porque aunque cada fuerza individual tenga una fuerza de reacción, sigue habiendo otras fuerzas que actúan sobre los objetos en cuestión (algo que a menudo se ignora simplemente en las preguntas de física debido a la complejidad de que haya muchas fuerzas diferentes implicadas). Esto es lo que marca la diferencia. Por ejemplo, si no existiera la fricción, no podríamos empujar ni siquiera una pelota de 1g, porque simplemente nos empujaría hacia atrás con una fuerza igual y opuesta.

Espero que esto haya servido de ayuda.