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Pregunta sobre la fuerza normal

Supongamos que coloco un mechero sobre una mesa de madera, el mechero tiene un peso, por lo que quiere bajar, pero la mesa ejerce una fuerza normal sobre él, impidiendo que baje por la mesa, por lo que el mechero no se mueve. Podemos decir que esto es coherente con el primer principio de dinámica de Newton, de hecho la fuerza normal es igual y opuesta a la fuerza de peso del mechero, por lo que la suma neta de las fuerzas es cero.

Pero, ¿de dónde procede la fuerza normal? ¿Qué implica la presencia de una fuerza normal? Pues bien, a nivel subatómico los átomos del mechero y los átomos de la mesa se acercan mucho y se repelen gracias a la fuerza electromagnética.

¡Genial! Pero supongamos que ahora quito el mechero de la mesa y coloco sobre él un objeto pesado de acero, con aproximadamente las mismas dimensiones que el mechero. En este caso, suponiendo que la mesa no se rompa, el objeto pesado de robo se quedará quieto igual que el mechero (divertido). Vale, pero esto implica que en este caso la fuerza normal es mayor, porque tiene que igualar en módulo al peso del objeto de robo.

Nótese que en ambos casos los átomos del objeto no "tocan" los átomos de la mesa, simplemente se repelen y "revolotean" a cierta pequeña distancia de los átomos de la mesa.

Mi pregunta es: ¿En ambos casos la distancia entre los átomos del objeto y los átomos de la mesa es la misma? ¿O en el caso de un objeto más pesado la distancia se reduce? ¿O, puesto que hablamos de interacción subatómica, no tiene ningún sentido hablar de distancias entre objetos?

Estaba pensando que como en un caso la fuerza normal es menor y en otro caso la fuerza normal es mayor, pero la mesa y la superficie de interacción siguen siendo las mismas, entonces algo tiene que cambiar, tiene que producirse un cambio en la configuración del sistema para motivar un cambio en la fuerza de interacción.

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gandalf61 Puntos 179

La colocación de un objeto sobre la mesa provoca una pequeña deformación de ésta. En el caso de un objeto pesado, la deformación puede ser visible. En el caso de un objeto ligero, la deformación es invisible, pero sigue existiendo.

La deformación estira algunos de los enlaces intermoleculares de la tabla y comprime otros. Esto da lugar a una fuerza que intenta restaurar los enlaces a su longitud normal (sin tensión). Es esta fuerza restauradora la que aparece como fuerza normal.

Por supuesto, si el objeto es demasiado pesado, los enlaces intermoleculares de la mesa se estirarán más allá de su capacidad de recuperación y la mesa se deformará permanentemente (se abollará) o incluso podrá romperse.

Para más detalles (y muchos más datos fascinantes), consulte J. E. Gordon's libros excelentes Estructura o por qué las cosas no se caen et La nueva ciencia de los materiales resistentes o Por qué no te caes al suelo .

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Toby Puntos 11

La razón, probablemente, es que en el caso del objeto más pesado el número de interacciones aumenta debido a la presencia de más masa.Si se mantienen las mismas dimensiones del objeto más pesado se está aumentando la densidad por lo que esencialmente se ha reducido la región en la que el mismo número de interacciones. De ahí que la fuerza normal no se reduzca al disminuir las dimensiones.

Lo que cambia aquí es el número de interacciones que han aumentado en total de forma que lo normal vuelve a ser igual al peso.

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