Este artigo explica o que é força normal e como determiná-la dependendo do tipo de problema. Encontrará assim as características da força normal e, além disso, poderá praticar este tipo de força com exercícios resolvidos passo a passo.
O que é força normal?
Na física, a força normal é uma força exercida por uma superfície sobre um corpo apoiado nela. Portanto, a direção da força normal é perpendicular à superfície e a direção da força normal é para fora, ou seja, a superfície aplica a força normal em direção ao corpo.
Em geral, a força normal serve para neutralizar a força peso , que é a atração gravitacional que a Terra exerce sobre qualquer corpo com massa. Porém, quando o corpo repousa sobre uma superfície inclinada, o valor da força normal pode não ser suficiente. A seguir veremos como é calculada a força normal em um plano inclinado.
Resumindo, as características da força normal são:
- A força normal é uma força de contato, ou seja, só pode ser aplicada se duas superfícies estiverem em contato.
- A direção da força normal é perpendicular à superfície sobre a qual o corpo permanece.
- A direção da força normal é sempre para fora, pois é a superfície que aplica a força normal ao corpo.
- Em geral, a magnitude da força normal é equivalente à projeção da força resultante na superfície de apoio.
- Normalmente, a força normal é geralmente representada pelo símbolo N ou F N.
Como calcular a força normal
Em geral, para calcular a força normal, deve-se aplicar as equações de equilíbrio, que estabelecem que um corpo está em equilíbrio quando a soma das forças verticais e a soma das forças horizontais são iguais a zero.
Ao aplicar as condições de equilíbrio ao problema, seremos capazes de resolver a força normal a partir das equações propostas e, portanto, determinar o valor da força normal.
Exemplo de cálculo de força normal
Agora que conhecemos a definição de força normal, vamos ver um exemplo concreto de cálculo da força normal.
- Um corpo de 8 kg está em repouso sobre um terreno plano. Qual é o valor da força normal exercida pelo solo sobre o corpo?
Neste problema, o corpo está em repouso sobre uma superfície plana, portanto as únicas forças que atuam sobre ele são a força peso e a força normal.
![força e peso normais](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/force-et-poids-normaux.png)
Portanto, para que um corpo esteja em equilíbrio sobre uma superfície plana, a força normal (N) e a força peso (P) devem ser iguais. A normal e o peso têm, portanto, a mesma direção, o mesmo módulo, mas sua direção é oposta.
Assim, para determinar o valor da força normal, basta calcular o peso do corpo, que equivale à sua massa multiplicada pela aceleração da gravidade:
força normal em um plano inclinado
Nesta seção derivaremos a fórmula da força normal em um plano inclinado, pois seu valor muda dependendo se a superfície é plana ou inclinada.
Assim, as forças que atuam em um corpo apoiado em um plano inclinado são as seguintes:
![força normal em um plano inclinado](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/force-normale-sur-un-plan-incline.png)
Veja a figura acima: Quando o plano está inclinado, é mais conveniente usar a direção paralela ao plano (eixo 1) e a direção perpendicular ao plano (eixo 2) como eixos. Dessa forma é mais fácil formular as equações de equilíbrio.
Para calcular a força normal sobre um plano inclinado é necessário aplicar a condição de equilíbrio no eixo perpendicular ao plano inclinado, pois podemos garantir que o corpo está em equilíbrio neste eixo mas não no eixo paralelo ao plano .
Assim, a força normal sobre um plano inclinado é equivalente à componente do peso do eixo perpendicular ao plano:
A componente do peso do eixo perpendicular ao plano é igual à fórmula do peso multiplicado pelo cosseno do ângulo de inclinação do plano:
Resumindo, a fórmula da força normal em um plano inclinado afirma que a força normal é igual à massa do corpo vezes a gravidade vezes o cosseno do ângulo de inclinação do plano:
![fórmula para força normal em um plano inclinado](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/formule-de-la-force-normale-dans-un-plan-incline.png)
força normal e força de atrito
Nesta seção veremos a relação entre a força normal e a força de atrito, pois são dois tipos de forças ligadas matematicamente. Mas primeiro você precisa saber o que é força de atrito.
A força de atrito (ou força de atrito) é uma força que ocorre ao tentar mover um corpo sobre uma superfície não lisa. A força de atrito é, portanto, uma força que se opõe ao movimento de um corpo.
A força de atrito é calculada a partir da força normal. Mais precisamente, a força de atrito é igual ao coeficiente de atrito superficial multiplicado pela força normal.
Ouro:
-
é a força de atrito.
-
é o coeficiente de atrito.
-
é uma resistência normal.
Exercícios de força normais resolvidos
Exercício 1
Um corpo de 5 kg está em repouso sobre um terreno plano. Se então outro corpo de massa 3 kg for adicionado acima do primeiro corpo, qual é a força normal exercida pelo solo para sustentar os dois corpos? Dados: g=9,81 m/ s2 .
Como o solo deve suportar ambos os corpos, a força normal será a soma da força do peso de cada corpo. Portanto, primeiro calcularemos o peso de cada corpo e depois somaremos.
Lembre-se de que a força do peso é calculada multiplicando a massa do corpo pela gravidade.
Assim, calculamos o peso de um corpo de 5 kg:
Em segundo lugar, determinamos o peso do segundo corpo, cuja massa é de 3 kg:
Assim, aplicando a condição de equilíbrio vertical, obtemos que a força normal é equivalente à soma dos dois pesos:
Concluindo, o valor da força normal exercida pelo solo é:
Exercício 2
Conforme mostrado na figura a seguir, dois corpos estão conectados por uma corda e uma polia de massas desprezíveis. Se o corpo 2 tem massa m 2 =7 kg e a inclinação da rampa é de 50º, calcule a força normal exercida pelo plano inclinado sobre o corpo de massa m 1 para que todo o sistema fique em equilíbrio. Despreze a força de atrito durante todo o exercício.
![problema de equilíbrio translacional](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png)
O corpo 1 está em um declive inclinado, então a primeira coisa a fazer é vetorizar a força do seu peso para ter as forças nos eixos do declive:
Assim, o conjunto de forças que atuam em todo o sistema é:
![exercício de equilíbrio translacional resolvido](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/exercice-resolu-equilibre-des-forces.png)
A definição do problema diz-nos que o sistema de forças está em equilíbrio, portanto os dois corpos devem estar em equilíbrio. A partir dessas informações podemos propor as equações de equilíbrio dos dois corpos:
A partir da equação anterior, podemos calcular a massa do corpo 1:
Por outro lado, se olharmos o diagrama de forças do sistema, observamos que a força normal deve ser igual à componente vetorial do peso do corpo 1 perpendicular ao plano inclinado.
Então, a partir desta equação podemos encontrar o valor da força normal:
Agora podemos calcular o valor da força normal a partir da segunda equação:
Por outro lado, determinamos o valor da força de atrito usando a primeira equação:
Da mesma forma, a força de atrito pode ser relacionada à força normal e ao coeficiente de atrito usando a seguinte fórmula:
Então excluímos o coeficiente de atrito da equação e calculamos seu valor: