Normalkraft og kontaktkraft

Lad os sige, at jeg her har en kæmpe frossen sø eller en stor dam. Jeg har en stor overflade af is. Dette er mit bedste forsøg på at tegne en flad overflade af is og jeg putter to isblokke her. Jeg putter en isblok her og endnu en isblok der. Disse to isblokke er identiske. De vejer begge 5 kg. Lad mig lige skrive det ned. De vejer begge 5 kg, eller jeg burde sige, at de har begge en masse på 5 kg. Den eneste forskel på de to er i forhold til søen er denne her i hvile og denne her bevæger sig med konstant hastighed mod højre. Lad os sige, at hastigheden er 5 m/s. Grunden til jeg har valgt isblokke på is, er så vi i denne video kan antage, at der ingen friktion er. Hvad siger Newtons første lov om noget, der enten ikke er i bevægelse, altså har en konstant hastighed på 0 eller noget der har en konstant hastighed. Newtons første lov siger, at de vil fortsætte med den konstante hastighed eller forblive i hvilke, som er en konstant hastighed på 0, medmindre en nettokraft virker på dem. Lad os lige tænke over det. I begge disse situationer kan der ikke være en ikke-udlignet kræft på dem. Der er ingen nettokraft. Men når du tænker lidt over det, så antager vi, at dette er på Jorden så er der en nettokraft, der virker på dem begge. De er begge på Jordens overflade, og de har begge en masse, så der vil være en gravitationskraft nedad på dem begge. Der er en nedadrettet gravitationskraft på begge disse isblokke. Og denne nedadrettet gravitationskraft, tyngdekraften er lig gravitationsfeltet nær Jordens overflade gange --som er en vektor -- gange objektets masse, altså gange 5 kg. g er 9,8 m/s² Når du ganger det med 5, så får du 49 kg ⋅ m/s² som er det samme som 49 N. Så vi har lidt af en gåde. Newtons første lov siger, at et objekt i hvile vil forblive i hvile og et objekt i bevægelse vil forblive i bevægelse med mindre en nettokraft virker på det. Men ud fra det diagram vi lige har tegnet, så er der jo en nettokraft. Jeg har en kraft på 49 newton, der trækker dette objekt nedad. Men du siger, nej, nej nej Sal. Dette objekt vil selvfølgelig ikke begynde at accelere nedad, da der jo er is under det. Det ligger på et stort område af frossen vand. Mit spørgsmål til dig er nu, hvis du mener det, hvad er så den resulterende kraft der udligner tyngdekraften på disse isblokke? Hvad forhindrer dem i at styrtdykke ned mod Jordens centrum? Fra at være i frit fald eller accelerere mod Jordens indre? Du svarer så, disse ville falde, hvis det ikke havde været for isen, så isen må yde en form for udlignende kraft. Og du har helt ret. Isen yder en udlignende kraft i den modsatte retning. Den har præcis den samme størrelse, men i den modsatte retning. Gravitationskraften på hver af disse isblokke på 49 N nedad, er helt udlignet af den opadrettet kraft af isen på hver isblok, altså en kraft på 49 N opad for hver af dem. Nu giver det forhåbentlig mening, hvorfor Newtons første lov gælder stadig. Vi har ingen nettokraft i den lodrette retning. Faktisk ingen nettokraft i nogen retning. Det er derfor denne fyr har en hastighed på 0 i den vandrette retning og denne fyr har en konstant hastighed i den vandrette retning. og ingen af dem accelererer i den lodrette retning. Du har isens kraft på isblokken. Isen bærer isblokken og udligner helt tyngdekraften. I dette eksempel kaldes denne kraft for normalkraften. Dette er normalkraften og den er 49 N opad. Dette her er normalkraften. Vi skal snakke mere om normalkraft i andre videoer. Normalkraften er den kraft, der udøves på ethvert objekt, der står på en overflade og er vinkelret på den overflade. Den har stor betydning, når vi begynder at kigge på friktion og deslige. I andre videoer vil vi have ting på et skråplan. Lad os sige, at denne isblok er på et skråplan. Normalkraften fra den rampe på isblokken vil være vinkelret på overfladen. Når du tænker over, hvad der sker her, så er det i bund og grund en elektromagnetisk kraft. Hvis du zoomer ind på is-molekylerne eller is-atomerne. Hvis du zoomer ind på atomerne eller molekylerne i isen, så er det, der forhindrer isblokken i at falde ned, at dens molekyler trykker på eller kommer tættere på vandmolekylerne eller de enkelte atomer i isen hernede. Lad mig lige tegne det på atomar skala. Lad mig tegne et denne fyrs molekyler. Du har 1 oxygen med 2 hydrogen og der dannes denne kæmpe gitterstruktur, som vi kan snakke mere om i en kemi video. Og her er et af isens molekyler. Som måske ser således ud med de 2 hydrogen her. Det der forhindrer disse fyrer i at blive presset sammen. Det der forhindrer denne isblok i at gå nedad er frastødning mellem elektroner i dette molekyle og elektroner i det her molekyle. På makroskopisk skala snakker vi om en kontaktkraft, men på mikroskopisk skala, på atomart niveau, så handler det om elektromagnetisk frastødning.