Mikä on normaalivoima?

Normaali voima on vastuussa kahden esineen pitämisestä fyysisesti erillään avaruudessa. Ilman sitä kiinteät esineet sulautuisivat yhteen ilman vastustusta. Se johtuu pohjimmiltaan monien atomien sähkövoimista, jotka hylkivät toisiaan. Esineet joutuvat tyypillisesti kosketukseen joko painovoiman tai törmäyksen vaikutuksesta. Tämä voima on tärkeä käsite klassisessa mekaniikassa kiinteiden kappaleiden välisen kitkan laskennassa.

Yleisesti sanotaan, että luonnossa on neljä perusvoimaa: gravitaatio, sähkömagneettinen, heikko ydinvoima ja vahva ydinvoima. Normaalivoima on itse asiassa sähkömagneettisten voimien kokoelma. Atomitasolla kaksi esinettä vastustaa särkymistä yhteen, koska yhden kappaleen elektronit vastustavat toisen elektroneja. Elektroneilla on negatiivinen varaus, joten kahdella elektronilla on taipumus torjua toisiaan, kun ne ovat lähellä. Kun monet atomit käyttäytyvät tällä tavalla kollektiivisesti, tuloksena on normaalivoima.

Tämä voima on aina suunnattu kohtisuoraan sen aiheuttavaan pintaan nähden. Kun auto on tasaisella maalla, normaalivoima on pystysuora ja kumoaa tarkasti painovoiman. Tästä syystä tasaisella alustalla oleva auto ei kiihdy ylös- eikä alaspäin. Mäkeä alas ajavaan autoon kohdistuva voima muodostaa kuitenkin suoran kulman tien kanssa – vaikka painovoima on edelleen suunnattu pystysuoraan. Koska nämä voimat eivät enää täsmälleen häviä, auto kiihtyy alamäkeen, vaikka kaasua ei käytettäisikään.

Toinen mahdollinen tilanne, johon liittyy voima, on kahden esineen törmäys. Kun näin tapahtuu, normaalivoimasta ei ole vastuussa painovoima, vaan liikemäärä. Newtonin ensimmäinen laki sanoo, että liikkeessä olevat esineet pysyvät liikkeessä, ellei niihin vaikuta ulkoinen voima. Joten törmäävien esineiden täytyy kohdistaa voimia toisiinsa, jotta ne voivat muuttaa nopeuksia. Itse asiassa he tekevät juuri tätä – voimat, joita he kohdistavat toisiinsa, ovat juuri tarpeeksi lähettämään heidät liikkumaan lopullisilla nopeuksilla.

Klassisessa mekaniikassa normaalivoima on tärkeä staattisen ja kineettisen kitkan määrittämisessä. Nämä viittaavat kiinteiden esineiden, kuten lattian poikki liukuvan laatikon, väliseen kitkaan. Tällainen kitka on verrannollinen normaaleihin voimiin. Jokapäiväisissä tapauksissa esineen paino vastaa sen normaalivoimasta. Tästä syystä painavaa laatikkoa on vaikeampi työntää kuin kevyempää.