Força normal

Força normal (ou simplesmente normal) é a força que uma superfície exerce sobre um objeto. Quando aplicamos uma força a uma superfície, esta exercerá sobre nós uma força de reação, na mesma direção, no entanto com sentido oposto. De acordo com a terceira lei de Newton, a força normal deve apresentar a mesma intensidade da que é aplicada na superfície, além disso, é sempre perpendicular (faz ângulo de 90º) com o plano dessa superfície.

Quando algum objeto é colocado sobre uma superfície plana, a força normal atuará na mesma direção de seu peso, porém com sentido oposto. Desse modo, a força normal pode cancelar-se com a força peso, fazendo com que o corpo permaneça em equilíbrio.

Uma vez que a força normal e a força peso atuam sobre o mesmo corpo, elas não podem ser consideradas como um par de ação e reação, uma vez que, como estabelece a terceira lei de Newton, esses pares de forças só podem existir em corpos diferentes. A seguir, vamos entender qual é a relação entre normal e peso, no entanto, para que você possa compreender o conteúdo desse texto com maior clareza, sugerimos que você faça a leitura sobre o nosso artigo: Leis de Newton.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Força normal e força peso
• 2 - Fórmula da força normal
• 3 - Força normal no plano
• 4 - Força normal no plano inclinado
• 5 - Força normal no elevador
• 6 - Trabalho da força normal
• 7 - Força normal e a balança
• 8 - Exercícios resolvidos sobre força normal

Força normal e força peso

Como dito, força peso e força normal não são ação e reação. Ainda que essas forças pareçam estar sempre relacionadas, qualquer compressão pode produzir uma força normal: quando empurramos uma parede, por exemplo, ela exercerá sobre nós uma força normal que é perpendicular à sua superfície.

É comum escutarmos que normal e peso são iguais e, por isso, cancelam-se. No entanto, essa afirmação nem sempre é verdadeira. De fato, isso só é verdade para um caso bastante específico: quando algum objeto encontra-se em equilíbrio e apoiado em uma superfície perfeitamente plana, sobre a ação exclusiva da força peso. Vamos conferir alguns casos em que a força normal não é igual à força peso:

• Quando algum corpo encontra-se apoiado sobre uma mesa inclinada, a força normal não corresponde à força peso, mas somente à sua componente vertical;

• Quando nos encontramos no interior de um elevador que realiza um movimento de subida acelerado, a força normal exercida pelo piso do elevador será de maior magnitude que o nosso peso;

• Quando estamos em um elevador que desce acelerado, a força normal terá magnitude menor que o nosso peso, de modo similar àquele quando sentimos um frio na barriga ao entramos em uma descida ingrime;

• A força normal será menor que a força peso caso alguma dessas esteja puxando um objeto para cima. Mesmo que esse objeto continue parado, a compressão que ele faz sobre o solo é menor.

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Fórmula da força normal

Não existe uma fórmula específica para determinar a intensidade da força normal que atua sobre um corpo. No entanto, sabemos que ela existirá sempre que um corpo, sob a ação da gravidade, for apoiado em alguma superfície. Para encontrarmos o módulo da força normal, é necessário que se monte um diagrama do corpo livre, isto é, representar as forças que atuam sobre o corpo e representar corretamente a força normal como uma força que forma um ângulo de 90º com a superfície.

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Força normal no plano

O caso em que um objeto encontra-se sobre o plano e sob a ação exclusiva da força peso mais simples é o mais comum para estudarmos a força normal, conforme a figura a seguir:

Na situação ilustrada, percebemos que a força peso e a força normal cancelam-se, portanto, nesse caso, a normal tem a mesma intensidade que o peso do corpo.

Força normal no plano inclinado

Quando algum objeto é apoiado sobre uma superfície inclinada, a força de compressão que ele exerce sobre essa superfície torna-se menor do que se estivesse na horizontal. Isso acontece porque a força peso que atua no objeto decompõe-se em duas, e, nesse caso, a força normal será cancelada apenas com a componente vertical do peso, como é mostrado em um diagrama do corpo livre, nesta figura:

De acordo com o que se vê na figura, a força normal (N) e a componente y do peso (P_y) atuam na mesma direção, por isso, podemos dizer que, nessa situação, essas duas forças cancelam-se, logo, a normal equivale a P_y:

Força normal no elevador

Quando estamos em um elevador em repouso ou mesmo subindo ou descendo com velocidade constante, a normal será exatamente igual ao nosso peso. No entanto, caso o elevador esteja sendo acelerado em algum sentido (para cima ou para baixo), a normal poderá ser menor ou maior que o nosso peso, como mostra a seguinte figura:

De acordo com a aplicação da segunda lei de Newton, a força resultante sobre o ocupante do elevador, em cada caso, determinará quão maior ou menor será a magnitude da força normal. Para encontrarmos o resultado em cada uma das situações, aplicamos essa lei.

Trabalho da força normal

Caso algum corpo apoiado sobre uma superfície horizontal desloque-se em uma direção paralela a essa superfície, a força normal que atua sobre ele não realizará trabalho. Isso acontece devido ao fato de a força normal formar-se sempre com ângulo de 90º em relação à superfície. Como sabemos, a definição de trabalho realizado por uma força diz que forças perpendiculares ao deslocamento não são capazes de realizar trabalho, como é mostrado nesta fórmula:

Força normal e a balança

Quando subimos em uma balança não estamos medindo nosso peso, muito menos a nossa massa, pelo menos não diretamente. Se estivéssemos medindo qualquer uma dessas grandezas, a balança não acusaria qualquer mudança em sua medida se alguém se apoiasse sobre os nossos ombros, por exemplo.

O que a balança mede de fato é a força normal exercida por ela, para isso, as balanças mais comuns são equipadas com molas devidamente calibradas. Quando comprimidas, essas molas deformam-se, e é com base nessa deformação que se afere, pelo menos indiretamente, a nossa massa.

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Exercícios resolvidos sobre força normal

Questão 1) Em relação à força normal, assinale a alternativa incorreta:

a) Força normal é sempre perpendicular à superfície.

b) Força normal surge como uma reação ao peso de um corpo apoiado sobre uma superfície.

c) Normal e peso não constituem um par de ação e reação.

d) Força normal é proporcional à força com que um objeto comprime uma superfície.

e) Força normal nem sempre terá módulo igual à força peso.

Gabarito: Letra B

Resolução:

A única alternativa incorreta da lista é a letra B, porque a força normal não é uma força de reação à força peso. Na verdade, a força normal é uma força de reação à compressão que é feita sobre uma superfície.

Questão 2) Um corpo de 5 kg encontra-se apoiado sobre uma superfície plana, em um local onde a gravidade equivale a 10 m/s². Determine a intensidade da força normal que atua sobre esse corpo.

a) 50 N

b) 2 N

c) 20 N

d) 2,5 N

e) 25 N

Gabarito: Letra A

Resolução:

Basta lembrarmo-nos de que, quando algum objeto encontra-se em equilíbrio e apoiado sobre uma superfície horizontal, a força normal que atua sobre ele é de intensidade igual a de seu peso. Confira o cálculo:

Questão 3) Um corpo de massa igual a 5 kg encontra-se apoiado sobre uma superfície inclinada e lisa, sem atrito. Sabendo que o ângulo de inclinação da superfície em relação à direção horizontal é igual a 30°, determine qual é a intensidade da força normal que atua sobre esse corpo.

a) 50 N

b) 150 N

c) 6 N

d) 25 N

e) 15 N

Gabarito: Letra D

Resolução:

Como dito no texto, quando algum corpo encontra-se apoiado sobre uma superfície inclinada, a sua normal corresponderá à componente vertical de seu peso (P_y). Essa componente do peso pode ser calculada a partir da multiplicação do peso pelo cosseno do ângulo de inclinação. Sabendo que o ângulo nesse caso é de 30º e que o cos 30º é igual a 0,5, é necessário que façamos o seguinte cálculo:

Analisando o cálculo feito, podemos perceber que, para quando o ângulo de inclinação do plano é de 30º, a intensidade da força normal cai pela metade do valor que ela teria caso o objeto estivesse apoiado sobre uma superfície alinhada com a direção horizontal.

Por Me. Rafael Helerbrock