正向力

正向力 (Normal Force)
國立臺灣大學物理系蘇冠禎

正向力怎麼來的？

當物體放在一個平面上時，這個平面會因形變而產生一個推向此物體的力，因為這個力垂直平面，所以被稱為正向力(normal force)，normal在此就是「垂直」的意思。

想像一下，你站在一個墊子上，這個墊子會向下產生形變而給予你一個向上的正向力，此力與你身體的重力抵消，使你不會掉下去。在真實世界裡「剛體(rigid body)」並不存在，也就是說，每個物體都能夠產生形變，所以即使你是站在堅硬地板上，地板一樣會形變而提供正向力，只不過它形變的程度非常微小罷了。

正向力有多大？

想像在一個電梯裡，你站在體重機上面，體重機數值顯示的就是機器內部彈簧形變的程度，我們將此數值稱為「視重」。此時你受到兩個力，一個是地球給你的重力向下，另一個是體重機給你的正向力向上。

作者提供

假設你的質量為​\( m \)​，重力加速度為​\( g \)​，正向力為​\( N \)​，電梯的加速度為​\( a \)​，並假設向上為正，由牛頓第二運動定律​\( F=ma \)​可得到下面的式子，

\[ \displaystyle N-mg=ma\\\therefore N=m(g+a) \]

1. 當電梯靜止或等速運動時，即​\( a=0 \)​，則​\( N=mg \)​。
   此時正向力等於重力，所以體重機讀值就是你真實的體重​\( mg \)​。
2. 當電梯的加速度向上時，即​\( a>0 \)​，正向力會大於重力，此時讀值(也就是「視重」)會大於​\( mg \)​，看起來變重了；而當電梯加速度向下時，即​\( a​ \)，正向力會小於重力，視重小於 ​\( mg \)​，看起來則變輕了。

相接觸物體之間的作用力不一定只有正向力的存在。例如在地面上拖拉一個物體時，除了來自地面的正向力外，物體也會受到一個水平方向的摩擦力。而在液體中運動的物體，除了受到來自流體的壓力(一種正向力)外，通常也會受到一個切方向的剪應力。

參考資料

Fundamentals of Physics, 9th edition, D. Halliday, R. Resnick and J Walker (2010)