Was ist Normalkraft?

Die Normalkraft ist dafür verantwortlich, zwei Objekte im Raum physisch getrennt zu halten. Ohne sie würden feste Objekte ohne Widerstand verschmelzen. Sie wird im Wesentlichen durch die elektrischen Kräfte vieler Atome verursacht, die sich gegenseitig abstoßen. Objekte werden typischerweise entweder durch die Gravitationskraft oder durch Kollision in Kontakt gebracht. Diese Kraft ist ein wichtiges Konzept in der klassischen Mechanik zur Berechnung der Reibung zwischen Festkörpern.

Es wird allgemein gesagt, dass es vier grundlegende Naturkräfte gibt: die Gravitation, die elektromagnetische, die schwache Kernkraft und die starke Kernkraft. Die Normalkraft ist eigentlich eine Ansammlung elektromagnetischer Kräfte. Auf atomarer Ebene widersetzen sich zwei Objekte dem Zusammenschlagen, weil die Elektronen des einen Objekts denen des anderen widerstehen. Elektronen haben eine negative Ladung, daher neigen zwei Elektronen dazu, sich gegenseitig abzustoßen, wenn sie sich in der Nähe befinden. Wenn sich viele Atome kollektiv so verhalten, ist das Ergebnis die Normalkraft.

Diese Kraft ist immer senkrecht zur Oberfläche gerichtet, die sie verursacht. Wenn ein Auto auf ebenem Boden steht, ist die Normalkraft vertikal und hebt die Gravitationskraft genau auf. Deshalb beschleunigt ein Auto auf ebenem Untergrund weder nach oben noch nach unten. Die Kraft, die auf ein Auto beim Bergabfahren einwirkt, bildet jedoch einen rechten Winkel mit der Straße – obwohl die Gravitationskraft immer noch vertikal gerichtet ist. Da sich diese Kräfte nicht mehr exakt aufheben, beschleunigt ein Auto bergab auch ohne Gas.

Eine andere mögliche Situation mit der Kraft ist, wenn zwei Objekte kollidieren. Dabei ist nicht die Schwerkraft, sondern der Impuls für die Normalkraft verantwortlich. Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass bewegte Objekte in Bewegung bleiben, wenn keine äußere Kraft auf sie einwirkt. Daher müssen kollidierende Objekte Kräfte aufeinander ausüben, damit sie ihre Geschwindigkeit ändern. Tatsächlich tun sie genau das – die Kräfte, die sie aufeinander ausüben, reichen gerade aus, um sie mit ihrer Endgeschwindigkeit in Bewegung zu setzen.

In der klassischen Mechanik ist die Normalkraft für die Bestimmung der Haft- und Gleitreibung wichtig. Diese beziehen sich auf die Reibung zwischen festen Gegenständen, wie beispielsweise einer über den Boden rutschenden Kiste. Diese Art der Reibung ist proportional zu den Normalkräften. Im Alltag ist das Gewicht eines Objekts für seine Normalkraft verantwortlich. Deshalb ist es schwieriger, eine schwere Kiste zu schieben als eine leichtere.