Fuerza de contacto
Una fuerza de contacto es cualquier fuerza que se produce como resultado de que dos objetos hacen contacto entre sí. Las fuerzas de contacto son omnipresentes y son responsables de la mayoría de las interacciones visibles entre conjuntos macroscópicos de materia. Empujar un coche o patear una pelota son algunos de los ejemplos cotidianos en los que actúan las fuerzas de contacto. En el primer caso, una persona aplica la fuerza continuamente al automóvil, mientras que en el segundo caso, la fuerza se entrega en un impulso corto.
Las fuerzas de contacto a menudo se descomponen en componentes ortogonales, uno perpendicular a la(s) superficie(s) en contacto llamado fuerza normal, y otro paralelo a la(s) superficie(s) en contacto, llamado fuerza de fricción.
No todas las fuerzas son fuerzas de contacto; por ejemplo, el peso de un objeto es la fuerza entre el objeto y la Tierra, aunque no es necesario que ambos hagan contacto. Las fuerzas gravitacionales, eléctricas y magnéticas son fuerzas corporales y pueden existir sin que se produzca contacto.
Origen de las fuerzas de contacto
El origen microscópico de las fuerzas de contacto es diverso. La fuerza normal es directamente el resultado del principio de exclusión de Pauli y no una fuerza verdadera per se: los objetos cotidianos realmente no se tocan entre sí; más bien, las fuerzas de contacto son el resultado de las interacciones de los electrones en las superficies de los objetos o cerca de ellas. Los átomos en las dos superficies no pueden penetrarse entre sí sin una gran inversión de energía porque no existe un estado de baja energía para el cual las funciones de onda de los electrones de las dos superficies se superpongan; por tanto, no se necesita ninguna fuerza microscópica para impedir esta penetración. En un nivel más macroscópico, estas superficies pueden tratarse como un solo objeto, y dos cuerpos no se penetran entre sí debido a la estabilidad de la materia, lo que es nuevamente una consecuencia del principio de exclusión de Pauli, pero también de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: Las grietas en los cuerpos no se ensanchan debido a las fuerzas electromagnéticas que crean los enlaces químicos entre los átomos; los átomos mismos no se desintegran debido a las fuerzas electromagnéticas entre los electrones y los núcleos; y los núcleos no se desintegran debido a las fuerzas nucleares.
En cuanto a la fricción, es el resultado tanto de la adhesión microscópica como de la formación de enlaces químicos debido a la fuerza electromagnética, y de las estructuras microscópicas que se esfuerzan entre sí; en este último fenómeno, para permitir el movimiento, las estructuras microscópicas deben deslizarse una encima de la otra o adquirir suficiente energía para romperse unas a otras. Así, la fuerza que actúa contra el movimiento es una combinación de la fuerza normal y de la fuerza necesaria para ampliar las grietas microscópicas dentro de la materia; esta última fuerza se debe nuevamente a la interacción electromagnética. Además, la tensión se crea dentro de la materia, y esta tensión se debe a una combinación de interacciones electromagnéticas (cuando los electrones son atraídos por los núcleos y repelidos entre sí) y del principio de exclusión de Pauli, este último funciona de manera similar al caso de la fuerza normal.