La reazione normale è una forza di natura...elettrostatica!

L'esempio classico che viene in mente quando si studia l'equilibrio delle forze è quello di un corpo, come ad esempio uno zaino, poggiato su di un tavolo. Lo zaino è fermo, in equilibrio, il che implica che la risultante delle forze che agiscono su di esso è nulla. Se non si interagisce in alcun modo con il corpo, le forze che agiscono su di esso sono due: 

La forza peso, che la terra esercita sullo zaino in quanto dotato di massa. È una forza perpendicolare al terreno, e dunque al tavolo, diretta verso il basso.

La reazione normale, esercitata in risposta dal tavolo sullo zaino. Diretta perpendicolarmente alla superficie del tavolo, con verso rivolto verso l'alto e modulo pari al peso dello zaino, ovvero pari al modulo della forza premente.

Dunque la reazione normale è sviluppata dal tavolo in risposta alla forza che preme su di esso (il peso dello zaino) per opporsi ad essa, in modo da bilanciarla e rendere la risultante tra le due nulla. Se anche riempissimo di libri lo zaino, aumentando il suo peso, aumenterebbe di conseguenza anche l'intensità della reazione normale, in modo da manterene nulla la risultante delle forze agenti sul corpo.

Ma come può una superficie esercitare una forza? Da dove nasce quest'ultima? E come può regolare la sua intensità in base a quella della forza premente?

La materia è costituita da atomi, legati tra loro da forze di natura elettrostatica. Un atomo è infatti formato da un nucleo contenente i protoni, particelle dotate di carica positiva. Attorno al nucelo orbitano gli elettroni, dotati invece di carica elettrica negativa. Cariche elettriche dello stesso segno si respingono tra loro, mentre cariche di segno opposto si attraggono. Dunque se consideriamo due atomi, che chiamiamo per semplicità A e B, avremo che il nucleo dell'atomo A (di carica positiva) sarà attratto dagli elettroni dell'atomo B (di carica negativa) e viceversa. Tra i due atomi si genera dunque una forza di attrazione, che permette la creazione di un legame chimico tra loro. Tuttavia quando due atomi si legano esiste una distanza precisa, chiamata distanza di legame, che deve essere rispettata fra di essi. Se infatti i due atomi si avvicinassero troppo tra loro, sulla forza di attrazione prevarrebbe quella di repulsione che il nucelo dell'atomo A ha nei confronti del nucelo dell'atomo B (e viceversa), e che gli elettroni dell'atomo A hanno nei confronti degli elettroni dell'atomo B (e viceversa). È fondamentale, quindi, affinchè gli atomi si aggreghino per formare la materia, che le reciproche forze di attrazione e repulsione tra di essi siano bilanciate.

Lo strato strato superficiale del tavolo è costituito da atomi, legati fra loro nel perfetto equilibrio appena descritto. Quando tuttavia si poggia uno zaino sul tavolo, questo equilibrio viene perturbato. Il corpo preme infatti, per effetto del suo peso, sulla superficie del tavolo, comprimendo gli atomi che la costituiscono. Facendo ciò, accorcia le distanze di legame fra di essi, innescando le forze repulsive nucelo-nucelo ed elettrone-elettrone. Tali forze repulsive tendono a ripristinare la configurazione iniziale degli atomi, spingendo lo zaino verso l'alto. E sono tanto intense quanto è intensa la forza premente, ovvero quella che deforma il loro stato di equilibrio (proprio come accade nel caso della forza elastica che si sviluppa in risposta alla deformazione di una molla). La risultante delle forze repulsive esercitate da tutti gli atomi coinvolti dà luogo alla forza che chiamiamo reazione normale!