Woher kommt eine Normalkraft?

Um genauer zu sein, sagen wir, ich platziere ein Objekt auf einem Tisch, dies führt dazu, dass der Tisch eine Normalkraft auf das Objekt ausübt.

Meine Frage ist: Warum existiert diese Kraft? Liegt es an der Existenz elektrischer Kräfte zwischen dem Tisch und dem Objekt, die eine "Abstoßung" bewirken, oder sogar daran, dass das Objekt die Struktur des Tisches "verformt" und die intramolekularen Kräfte versuchen, ihn "zu fixieren" (den Tisch zu machen , das ist ein Festkörper, gehen Sie zurück zu seiner normalen Struktur und wenden Sie so eine Kraft an)?Es ist eine alberne Zeichnung, aber es repräsentiert irgendwie die Situation

Wenn Sie nicht bereit sind, verschiedene hochrangige Handbewegungen zu akzeptieren, müssen Sie direkt zur Sache kommen und sich mit der Komplexität intermolekularer Kräfte auseinandersetzen. Aber sagen Sie nicht, ich hätte Sie nicht gewarnt. physical.stackexchange.com/q/1077

Antworten (3)

Es sind nicht genau elektrische oder intra- / intermolekulare Kräfte, wie Sie in Ihrer Frage vermuten. Vielmehr handelt es sich letztlich um Tauschkräfte, zB https://en.wikipedia.org/wiki/Exchange_interaction . Wenn zwei makroskopische Objekte nahe (sehr nahe) zusammenkommen, beginnen die Elektronenhüllen, die ihre jeweiligen Atome umgeben, sich gegenseitig zu beeinflussen. Und zwei Elektronen (weil sie Fermionen sind) können nicht gleichzeitig denselben Zustand einnehmen (umgangssprachlich "am selben Ort zur selben Zeit sein"), besser bekannt als das Pauli-Ausschlussprinzip, https://en.wikipedia. org/wiki/Pauli_exclusion_principle (Link hinzugefügt, nachdem ich bemerkt habe, dass @Qmechanic dieses Tag in die ursprüngliche Frage geändert hat:)

Wenn Sie also versuchen, die makroskopischen Objekte zusammenzuschieben und so zu viele Elektronen in die verfügbaren atomaren Hüllenzustände zu zwingen, wird der Gesamtzustand mehrerer Teilchen, der diese Ansammlung von Elektronen beschreibt (bestimmt durch die Slater-Determinante, z. B. https://en.wikipedia .org/wiki/Slater_determinant ) ergibt zwangsläufig die Wahrscheinlichkeit Null, zwei beliebige Elektronen im selben Zustand zu finden. Und das führt zu der makroskopischen Wirkung/dem Anschein einer „Kraft“, die verhindert, dass die makroskopischen Objekte „zur gleichen Zeit am selben Ort“ sind.

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Ein weiterer Effekt, der Austauschkräfte betrifft (ohne Bezug zur Frage des Ops zu Normalkräften an sich , aber vielleicht allgemeiner physikalisch interessant) ist das Bose-Einstein-Kondensat, https://en.wikipedia.org/wiki/Bose%E2%80% 93Einstein_Kondensat

Hier wird ein Gas aus Bosonen unterkühlt, so dass die meisten der konstituierenden „Teilchen“ alle in den Zustand mit der niedrigsten Energie fallen. Und das ist möglich, weil Bosonen nicht dem Pauli-Ausschlussprinzip unterliegen, sodass eine große Sammlung von ihnen alle denselben Zustand einnehmen kann. Und dann weist diese makroskopische Sammlung einige bemerkenswerte Quanteneigenschaften auf, von denen Sie erwarten würden, dass sie nur auf mikroskopischer Ebene beobachtbar sind.

Aber jetzt könnten Sie aus genau dem oben beschriebenen Grund kein so bemerkenswertes Kondensat herstellen, das aus Fermionen wie Elektronen besteht - außer für https://en.wikipedia.org/wiki/Fermionic_condensate#Fermionic_superfluids wo Fermionen sind gepaart, so dass jedes Fermionenpaar wie ein Boson wirkt.

Ein interessantes Video, das all dies diskutiert, finden Sie unter http://learner.org/resources/series213.html . Klicken Sie auf den Link [vod] auf der rechten Seite von Programm 6. Makroskopische Quantenmechanik Die zweite Hälfte dieses Videos interviewt Deborah Jin ( und einige ihrer Doktoranden), die das allererste fermionische Kondensat produzierten, und diskutierten die beteiligte Physik. (Leider stammt das Video aus dem Jahr 2010, und eine neuere Ausgabe von Physics Today enthielt Jins Nachruf, in dem auch ihre Leistungen besprochen wurden.)

@Nat nicht "im Grunde", dh und zB sind beides Abkürzungen für lateinische Ausdrücke, die genau das bedeuten, was Sie geschrieben haben
@Nat (und at-KyleKanos), Leute, das macht Spaß :). Und nur fürs Protokoll (obwohl ich keine Ahnung habe, warum um alles in der Welt wir eine Aufzeichnung über irgendetwas davon wollen:), ich meinte "zum Beispiel". Das heißt (nur um ein „ IE“ hineinzubekommen), es gibt viele, viele Webseiten über Austauschkräfte und über die Slater-Determinante, und ich habe nur eine von diesen vielen illustriert. Der OP sollte diese Begriffe für mehr oder weniger mathematische / technische Diskussionen selbst googeln.
@Nat bitte bearbeite den Beitrag nicht, nur um meine Wikipedia-Zitate zu entfernen. Ich habe es zurückgerollt. Aus der Frage des Ops geht eindeutig hervor, dass er mit diesen Begriffen nicht bereits vertraut ist. Er braucht also eine Erklärung. Und ich habe ihm gerade einige Zitate gegeben, und er kann Folgefragen stellen, wenn er Interesse oder weitere Fragen zu diesen Konzepten hat. Aber sein Profil sagt nichts über seinen Hintergrund aus, wobei ich mir nicht die Mühe machen wollte, sie zu erklären, da ich keine Ahnung habe, wie man eine solche Diskussion anfängt. Oder ob der Op überhaupt interessiert ist.
@ Nat Oh, tut mir leid. Ich dachte fälschlicherweise, es hätte etwas damit zu tun, dh Zeug.
Ohne Elektromagnetismus würden hier die Austauschkräfte nichts bewirken. Die Elektronen und Kerne würden nicht zusammenhalten, und der Tisch wäre einfach ein Haufen ungebundener Teilchen, die keine Normalkraft erzeugen würden. Es ist also falsch, die elektromagnetische Natur der Normalkraft zu leugnen.
@Ruslan Ich stimme zu, außerdem würde es überhaupt keine Austauschkraft geben oder es wäre ohne Elektromagnetismus dramatisch kleiner. Eine Wellenfunktion des Elektrons repräsentiert ein quantenelektromagnetisches Feld. Ohne Elektromagnetismus wird das Elektron zu einem Neutrino. Viel Glück mit der Austauschkraft zwischen Neutrinos, die einen Becher auf einem Tisch halten.
@safesphere könnten Sie nicht theoretisch, vorausgesetzt, es gäbe eine Möglichkeit, die Neutrinos nahe genug zu bringen, einen dichten Neutrino-Cluster einen anderen dichten Neutrino-Cluster abstoßen lassen, der gegen den ersten drückt?
@ tox123 Hypothetisch könntest du es wahrscheinlich, obwohl Neutrinos normalerweise nahe der Lichtgeschwindigkeit auseinander fliegen, so dass dies nicht realistisch wäre. Auf jeden Fall geht es hier darum, dass ohne Elektromagnetismus die Austauschkraft den Tisch nicht einmal zusammenhalten würde.
@Ruslan und Safesphere usw. Ich habe Elektromagnetismus nicht geleugnet (wie in Ihrem Kommentar "... falsch zu leugnen ..."). Ich schwafelte und sagte: "Es ist nicht genau ..." und "Eher, es ist letztendlich ...", genau um ein direktes Leugnen zu vermeiden. Offensichtlich wären die Welt und die Natur der Materie (soweit alles, was überhaupt als „Materie“ erkennbar wäre, existieren würde) ohne E&M enorm und grundlegend anders. Aber ich habe mich auf Austauschkräfte konzentriert, denn das ist >>die typische Lehrbucherklärung<< für die Frage des Ops darüber, was auf atomarer Ebene passiert, das Objekte voneinander trennt. Jemand ist damit nicht einverstanden?
Ist das Ihre Theorie oder gibt es Beweise? Es erscheint mir völlig logisch, eine einfache elektrische Abstoßung zu sein, aber ich frage natürlich, weil ich mir dessen nicht sicher bin.
@santimirandarp Ha, ha :) Nein, nicht "meine Theorie"; Ich habe keine Theorien :) Wie in meinem Kommentar über Ihrem, der auf Ruslan/Safesphere antwortet, habe ich es in einem Lehrbuch gelesen, aber jetzt, wo Sie fragen, kann ich mich nicht genau erinnern, welches - höchstwahrscheinlich von einem Absolventen im 1. oder 2. Jahr qm Kurs. Und ich erinnere mich genau deshalb an die Erklärung, weil ich selbst ein bisschen überrascht war - wahrscheinlich hätte ich vorher in Richtung "Elektrostatik" geraten, wenn ich jemals darüber nachgedacht hätte. Genau wie die Op und einige andere Bemerkungen hier. Wie auch immer, wie Sie implizit fragen, wäre eine Referenz schön. Kennt jemand spontan einen? ...
Cool, danke.., es ist interessant. Ich hätte zum Beispiel an Lenard Jones Potenzial gedacht...

Wenn Sie einen Gegenstand auf einen Tisch stellen, geschieht im Wesentlichen dasselbe wie beim Aufhängen des Gegenstands an einer Feder. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn die Feder weit genug gedehnt ist, um eine Aufwärtskraft auf das Objekt auszuüben, die der Schwerkraft auf das Objekt entspricht. [Es kann Schwingungen geben, bevor das Gleichgewicht erreicht ist.] Der Tisch wird auch verformt, wenn Sie einen Gegenstand darauf legen, obwohl Sie die Verformung nicht bemerken, es sei denn, Sie haben eine spezielle Messausrüstung (oder der Tisch ist wackelig).

Die an der Verformung sowohl der Feder als auch des Tisches beteiligten Kräfte sind grundsätzlich elektromagnetisch.

Ich stelle dies nur als Antwort, weil ich nicht den Ruf habe, dies zu kommentieren. Wenn Sie sich Feynmans Vorlesungen anhören, listet er mehrere Beispiele für experimentelle Ergebnisse auf, die mit großer Genauigkeit erfolgreich von der Quantenelektrodynamik (QED) vorhergesagt wurden. Die Newtonschen Gesetze können aus den Grundannahmen der QED abgeleitet werden.

Also denke ich, wenn Sie den grundlegendsten Grund dafür wollen, warum es eine Normalkraft gibt, studieren Sie QED