Normal kuvvet

Normal kuvvet (Fn), cisimler arasında bulunan temas yüzeylerine dik bulunan, cisimlerin birbirleri içinden geçmesini engelleyen bir kuvvettir.

F_N represents the normal force

Normal kuvvet (Fn), yeryüzü tepki kuvvetlerinden biridir ve bu gruba dahildir. Örnek olarak dünyanın yüzeyinde sabit olarak duran bir kişiye yeryüzünden bir tepki kuvveti uygulanır ve tepki kuvveti normal kuvveti azaltır. Aynı durum belirli bir hızla yere düşen cisimlerde de gözlenir. Yere düşen cisim düştüğü zeminin esnekliğine bağlı olarak durdurucu bir normal kuvvetle karşılaşır. Bu kuvvet zemin esnekliğine göre artıp azalabilir.

Denklemler

Bir masanın üzerinde durmakta olan bir cisme etki eden normal kuvvet cismin ağırlığına (w) eşit ancak ters yöndedir. Cismin ağırlığı ise N=m.g (g=9.8 m/s^2) olarak ifade edilir. Burada (m) cismin kütlesi, (g) ise yer çekim kuvvetidir. Bu örnekteki normal kuvvet masa tarafından cisme uygulanmaktadır ve cismin bir nevi masanın içerisine girmesini engeller ve aynı zamanda masanın bu büyüklükte bir kuvvete dayanabildiğini göstermektedir.

Küpe etki eden ağırlık, sürtünme kuvveti (f) ve normal kuvvet (N). Kütle (m) ve kütleçekimsel ivmenin (g) çarpımı sonucu ağırlık (mg) elde edilir.

Eğer cisim belli bir açı ile masada durmakta ise bu sefer

$N=mg\cos(\theta )$

ile normal kuvvet bulunabilir. Bu işlemin yapılma sebebi normal kuvvetin yüzeye her zaman dik olmasından kaynaklanmaktadır. Formülde (m) cismin ağırlığı, (g) yer çekim kuvveti, (θ) ise masa ile cisim arasındaki açıyı belirtmektedir. Normal kuvvet cismin masanın içerisine batmasını engelleyecek büyüklükte olmalıdır. Çevremizdeki cisimlere birçok kuvvet etki etmektedir bunlardan biri normal kuvvettir ve en basit seviyede düşünürsek bu kuvvetlere sürtünme kuvveti ve yer çekim kuvvetini de ekleyebiliriz. Bu iki kuvvet en önemli kuvvetler arasında yer alır.

Yöney Kullanımı

Normal kuvvetin(N) büyüklüğü cismin yüzeyle olan etkileşiminden ötürü ortaya çıkan kuvvetin(T) büyüklüğüne eşittir ve yüzey etkileşimiyle aynı yöndedir (n). Yüzey etkileşim kuvveti birim normali ve yüzey gerginliğinin sayıl çarpımına eşittir.

$\mathbf {N} =\mathbf {n} \,N=\mathbf {n} \,(\mathbf {T} \cdot \mathbf {n} )=\mathbf {n} \,(\mathbf {n} \cdot \mathbf {\tau } \cdot \mathbf {n} ).$

veya altim gösterimiyle

$\ N_{i}=n_{i}N=n_{i}T_{j}n_{j}=n_{i}n_{k}\tau _{jk}n_{j}.$

Temas kuvvetinin yüzeye paralel olan bileşeni sürtünme kuvvetidir (Fs). Eğik düzlemlerdeki sürtünme kuvveti ile bulunur.

Dünyadan örnekler

Asansörde duran veya sabit hızla hareket eden birine etki eden normal kuvvet onun ağırlığına(w) eşittir. Yukarı yönde ivmelenen bir kişiye etki eden normal kuvvet kütlesinden daha fazladır bu durum kişinin kendisini daha ağır hissetmesine sebep olur. Aşağı yönde ivmelenen bir asansörde ise kişiye etki eden normal kuvvet kişinin ağırlığından daha azdır bu durum kişinin kendisini daha hafif hissetmesine neden olur. Asansördeki kişi bir tartının üzerinde durursa tartı kişiye etki eden normal kuvveti hesaplar ve gösterir. Eğer asansör aşağı veya yukarı yönde ivmelenirse tartının okuduğu değerler de değişir. Bu değerler kişinin ağırlığından fazla veya az olur. Tartılar normal kuvveti ölçer ve normal kuvvetler asansörün ivmelenme yönüne doğru değişir. Yer çekimi kuvveti bu ivmelenmelerden etkilenmez ve yer çekiminin tam değerini bir cismin bulunduğu ortamı değerlendirmeden bulmak neredeyse imkânsızdır. Eğer yukarı yön (+) kabul edilirse kişiye etki eden normal kuvvet Newton'un 2.yasası ile :

$N=m(g+a).$

ile bulunur. (a=asansörün ivmelenme miktarı)

Kaynakça

• Nichols, Edward Leamington; Franklin, William Suddards (1898). The Elements of Physics 1. Macmillan. p. 101.