Definición de fuerza normal
El concepto de fuerza tiene múltiples usos. Podemos hablar de fuerza física para aludir a la magnitud que cuenta con la capacidad de incidir en el movimiento y en la forma de los cuerpos (elementos con masa). De acuerdo a sus características, es posible distinguir entre diversos tipos de fuerza: fuerza de gravedad, fuerza centrípeta, fuerza de tensión, fuerza de roce, fuerza máxima y fuerza magnética, entre otras.
En esta ocasión vamos a centrarnos en la noción de fuerza normal. Así se denomina a la fuerza ejercida por una superficie sobre el cuerpo que se encuentra reposado sobre ella. La fuerza normal tiene el sentido contrario, pero la misma dirección y magnitud, que la fuerza que ejerce el propio cuerpo sobre la superficie en cuestión.
Tomemos el caso de una caja de 50 kilogramos que se ubica sobre una silla. El peso de dicha caja es igual a su masa (que se expresa en kilogramos) multiplicada por la gravedad. El resultado de dicha operación, pero en sentido opuesto, será la fuerza normal que ejerce la silla sobre la caja.
Es importante tener en cuenta que la fuerza normal siempre es una fuerza de contacto. Cuando los dos cuerpos no se encuentran en contacto (es decir, cuando sus superficies no se tocan), no existe una fuerza normal que incida sobre otra. En el caso del ejemplo anterior, si alguien sostiene la caja unos centímetros encima de la silla, no se aplicará la fuerza normal mencionada.
La fuerza normal es perpendicular a las superficies que están en contacto e impide que un cuerpo atraviese al otro. El contacto entre dos cuerpos también implica otras fuerzas, pero paralelas a las superficies: las fuerzas de fricción.
Este concepto nos lleva a las leyes de Newton, un conjunto de tres principios definidos por el físico inglés Isaac Newton que sirven para explicar muchos de los problemas que plantea la mecánica clásica, sobre todo los que incluyen el movimiento de los cuerpos. Más concretamente debemos remitirnos a su tercera ley, la de «acción y reacción», según la cual a toda acción le corresponde una reacción igual u opuesta. En este caso, podemos decir que la fuerza normal que ejerce la superficie tiene igual magnitud que la externa, aunque su sentido es contrario.
En el ámbito de la física, se denomina módulo al número que se usa para representar la longitud de un vector cuando se lo representa gráficamente. Para obtenerlo no debemos hacer más que situar los valores del vector correspondientes a cada uno de los ejes cartesianos en la famosa ecuación del teorema de Pitágoras usada normalmente para calcular la hipotenusa de un triángulo rectángulo: la hipotenusa es igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los diferentes lados. Otro nombre que recibe este concepto es magnitud.
Por lo general, el módulo de la fuerza normal coincide con la proyección de la nueva fuerza, es decir la que resulta de su aplicación en el cuerpo, sobre la normal de la superficie. Es importante señalar que se entiende por proyección de una fuerza a su transformación en otras que se hallen sobre los ejes y que al sumarlas den como resultado la original. En el caso del peso de la caja antes mencionada, si consideramos que la superficie de la silla es un plano cuya inclinación forma un ángulo α podemos decir que el cálculo de la fuerza normal se realiza de la siguiente manera:
F = m.g.cos(α)
Aquí tenemos las variables m, que representa la masa, y g, la gravedad, ambas multiplicadas entre sí y por el coseno del ángulo que se aprecia entre la superficie de la silla y el eje horizontal imaginario.