Normalkräfte

Normalkraft ist die Kraft, die eine Oberfläche auf einen in Kontakt stehenden Körper senkrecht zur lokalen Kontaktfläche ausübt. Sie verhindert das Durchdringen der Körper und wirkt als Zwangkraft, die den Kontakt zwischen den Oberflächen aufrechterhält. Der Betrag der Normalkraft passt sich an die übrigen darauf wirkenden Kräfte an, um eine Durchdringung zu verhindern.

Die Normalkraft zeigt sich in ihrer Richtung immer normal zur Kontaktfläche, das heißt senkrecht zu ihr. Bei Systemen mit mehreren Kontaktpunkten ergibt sich die Gesamt-Normalkraft aus der Summe der einzelnen Normalenkräfte.

In einfachen Fällen lässt sich die Normalkraft aus Newtonschen Gleichgewichten bestimmen. Ein Block der Masse m auf einer horizontalen Fläche hat N = m g. Auf einer geneigten Fläche mit dem Neigungswinkel θ ist N gleich der senkrechten Komponente des Gewichts: N = m g cos θ. Die Tangentialkomponente m g sin θ kann zu Reibung führen, die durch f = μ N begrenzt ist; reicht die Reibung nicht aus, kann der Block ins Rutschen geraten.

Die Normalkraft hängt von Geometrie, Materialdeformation und Kontaktbedingungen ab. In der idealen Starrkörperanalyse wird N so angepasst, dass kein Durchdringen erfolgt. In dynamischen Situationen kann N sich rasch ändern, beispielsweise durch Beschleunigungen oder Verformungen. In der Kontaktmechanik, etwa bei Hertz’schen Kontakten, hängt N auch von der Verformung der Kontaktflächen ab.

Anwendungen der Normalkraft finden sich in Statik, Dynamik und Ingenieurwesen, etwa bei der Berechnung von Reibung, Druckverteilung und Kontaktspannungen in Bauteilen wie Rädern, Bremsen oder Lagern. Sie steht in Wechselwirkung mit der gleichgroßen, entgegengesetzten Kraft, die der Körper auf die Oberfläche ausübt.