Is de normaalkracht elektromagnetisch? Waarom zak je niet door de grond?

[Benm]

Ik heb het idee dat zoiets gaat resulteren in een beetje goud-coating op het vacuumvat waarin je het experiment uitvoert. Gegeven de kinetische energie voor die snelheid lijkt me dat ruim voldoende om beide stukjes goudfolie te verdampen. 
 
Wellicht kun je het subtieler aanpakken met een bundel goud-ionen en die door een stukje folie schieten, of beter nog beginnen met lichtere kernen.
 
Ergens denk ik dat het ook verschil maakt of je 'losse' ionen gebruikt of voor solide materie kiest: een nano-klompje goud zul je er met voldoende energie wel doorheen schieten, maar ik vermoed dat dat een gat achterlaat in het folie (dat zichzelf mogelijk nog herstelt ook). 

[NewScience]

Is verschil in viscositeit, 'losheid' en dichtheid van de stoffen niet een veel simpelere verklaring ?
 
Immers zak je wel degelijk door stoffen met enige viscositeit, zolang er positief verschil is in de dichtheid (ofwel, de stof met hogere dichtheid zinkt in de viscose stof)
 
Ditzelfde gebeurd bij 'losheid' (ehrm, geen idee of daar een wetenschappelijke term voor is, maar vaste stoffen kunnen zich granulair voor doen, zoals zand of meel), afhankelijk van de 'losheid' van deze granulariteit zinkt een stof erin gegeven dat de dichtheid groter is dan de granulaire stof.
 
Bij volledig vaste stoffen spreek je vaak van de elasticiteitsmodulus, ofwel, hoever er een doorbuiging is onder een belasting. Ook hier is de dichtheid van groot belang, in de statica/mechanica wordt immers de Massa gebruikt, die weer gerelateerd is aan de dichtheid. Maar als je bv. kijkt naar de penetratie of verplaatsing van een vast stof door een andere stof, dan is de dichtheid veelal bepalend. Zo kun je met zachtere gesteenten geen hardere gesteentes uithakken, of met zachtere metalen een deuk maken in hardere. Andersom gaat dat wel. En het is dan ook niet zozeer de elasticiteitsmodulus waar je naar wil kijken, maar de relatie tussen dichtheid en hardheid (rockwell index), omdat dat een indicatie is mbt de mogelijkheid van de ene 'te zakken' door de ander, zij het dan onder toevoeging van meer energie dan voortkomend uit de zwaartekracht.
 
Nu snap ik dat dit dan ook weer gerelateerd is aan kernkrachten en onderlinge verbindingskrachten tussen de moleculen, maar gegeven dat dit allemaal observeerbare zaken zijn, is een beschouwing zonder dichtheid er een die 'waarschijnlijk (!)' niet zal leiden tot bevredigende antwoorden.

[jkien]

Is verschil in viscositeit, 'losheid' en dichtheid van de stoffen niet een veel simpelere verklaring ?

Dichtheid is simpel en vertrouwd, maar niet fundamenteel. Dit topic ging over de vraag of normaalkracht fundamenteel een electromagnetische kracht is.

.. is een beschouwing zonder dichtheid er een die 'waarschijnlijk (!)' niet zal leiden tot bevredigende antwoorden.

Het is best mogelijk dat iemand een simpel antwoord soms bevredigender vindt dan een fundamenteel antwoord. Maar dit topic ging over het fundamentele antwoord.

[NewScience]

Om te bepalen of de Normaalkracht fundamenteel een elektromagnetische kracht is, zal je wel eerst de situaties moeten beschrijven waarin de normaalkracht werkt ... je kan niet zomaar stellen 'ergens niet door heen te zakken', als je moet constateren dat je al door een heleboel zaken 'wel heen zakt', dat kun je volgens mij niet negeren. Want als iets fundamenteel is, dan werkt het dus bij alle situaties.
 
Ook zou je kunnen kijken naar deze verschijningsvormen van 'doorheen zakken' met de bril van waarnaar je opzoek bent. Welke fundamentele krachten spelen er een rol in deze situaties, welke 'breken' er in de veronderstelde situatie. Hoe zit het met diezelfde krachten in andere situaties ... Het simpelweg wegwuiven van situaties die je niet zinnen, omdat ze niet voldoen aan jou hypothetische situatie waarin jou theorie enige zin heeft om te discussiëren, leidt niet tot het vinden van de juiste antwoorden.

Tenzij de vraag is waarom, ondanks de grootte leegte van atomen, deze atomen toch niet door elkaar heen gaan. Zoiets als 'matter can't occupy the same space at the same time'. Terwijl we inmiddels weten dat 'matter' grotendeels bestaat uit leegte. Dan lijkt me echter de vraagstelling te algemeen verwoord.

[Benm]

Het probleem is misschien dat het niet zo universeel is. Dat we niet door de grond of de vloer vallen is iets dat we gewend zijn, maar vloeren worden wel zodanig gebouwd dat je er niet doorheen zakt. 
 
Dichtheid is geen verklaring: ik kan staan op een blok piepschuim, maar zink een eindje een zwembad vol kwik. Het eerste heeft 1/10e van mijn dichtheid, het tweede ruim 10x mijn dichtheid. 
 
Ook het idee dat je materie niet heel dens kunt samenpakken klopt niet echt, als je maar hard genoeg aandrukt. In een neutronenster kom je aan dichtheden van 10^14. Hier spelen electromagnetische krachten dan weer een beperkte rol gezien de ongeladen neutronen. Anderzijds kun je stellen dat voldoende samendrukken van normale materie ervoor zorgt dat je de electronen tegen de protonen aan drukt het deze laat fuseren tot neutronen. 

[jkien]

@NewScience: je gedachte over een klassieke verklaring voor de normaalkracht, met de intuitieve aanname van een gegeven dichtheid en van incompressibele atomen, is hier enigszins off topic, in het kwantummechanica-forum. In het startbericht citeerde ik Feynman' die zijn vraag "why do we not fall through the floor?" beantwoordde met "the resistance to atomic compression is a quantum mechanical effect and not a classical effect". Ik vroeg me af hoe ik zijn uitleg moet begrijpen.

[Professor Puntje]

@ jkien
 
Gezien de problemen bij de interpretatie van de QM zou het goed kunnen zijn dat er geen fundamenteler verklaring van kwantummechanische verschijnselen bekend is. Immers is het ook niet gelukt een werkend klassiek atoommodel te bouwen.
 
Kun je een experiment aangeven waarmee we in principe kunnen beslissen of de "normaalkracht fundamenteel een electromagnetische kracht is"?

[sensor]

Elke chemische experiment laat de eigenschappen van atomen zien dus ook zoiets als hardheid zou aangeven kunnen worden. Niet alleen de elektromagnetische krachten zijn bepalend in het atoom, vooral het uitsluitingsprincipe van Pauli bepaalt de eigenschappen, de elektronen worden gedwongen in eigen banen te verblijven of verschillend in spin.
 
 

 
Feynman zei het zonder UvP (klik): why do we not fall through the floor? As we walk, our shoes with their masses of atoms push against the floor with its mass of atoms. In order to squash the atoms closer together, the electrons would be confined to a smaller space and, by the uncertainty principle, their momenta would have to be higher on the average, and that means high energy; the resistance to atomic compression is a quantum-mechanical effect and not a classical effect. Classically, we would expect that if we were to draw all the electrons and protons closer together, the energy would be reduced still further, and the best arrangement of positive and negative charges in classical physics is all on top of each other. This was well known in classical physics and was a puzzle because of the existence of the atom.​..

 
De onzekerheidsrelatie van Heisenberg werkt vooral in een enkel atoom. De UvP is van belang voor de eigenschappen van atomen en de elektronen binding in moleculen. 
 
Feynman heeft ook nog iets gezegd over UvP, ga ik nog opzoeken.

[jkien]

Kun je een experiment aangeven waarmee we in principe kunnen beslissen of de "normaalkracht fundamenteel een electromagnetische kracht is"?

Nee, maar ik ken de normaalkracht en het Pauli principe eigenlijk alleen van atomen met elektronen die om de kern draaien, waar de heersende kracht electromagnetisch is, zonder een rol voor gravitatie of kernkrachten.

[NewScience]

jkien ... goed dan, om het anders te stellen, waarom zoek je naar een NIET klassieke uitleg voor een kracht die volgt uit de klassieke beredenering.
 
Actie = - reactie ... als een object kracht uitoefent op een oppervlak (onder invloed van de zwaartekracht) dan oefent dat oppervlak een tegengestelde kracht uit op dat object (hetgeen de Normaalkracht wordt genoemd). De resulterende kracht is 0 ... en dus zakt een object niet door een vaste ondergrond, in een theoretische beschouwing die allerlei zaken als dichtheid, viscositeit etc. buiten beschouwing laat.
 
Als je wil weten hoe dit kwantummechanisch werkt zou je er mogelijk goed aan doen het probleem te formuleren op een manier dat deze ook kwantummechanisch te bespreken valt ... dit niet als kritiek op je vraag, die ik heel interessant vindt, maar als hulp (op het niveau dat ik dat kan bieden) om verder te komen met het vinden van een oplossing. ... daarbij alle succes toegewenst.

[Benm]

Ergens denk ik dat dat wel mogelijk is in theorie. Als je de golffunctie voor alle electronen in twee objecten kunt beschrijven kun je daaruit wellicht concluderen dat ze niet door elkaar heen kunnen bewegen. 
 
Materie gaat normaliter niet door elkaar heen, bij gassen en vloeistoffen kun je er wel 'doorheen' in praktische zin, maar feitelijk duw je het gewoon aan de kant. 
 
Met genoeg energie kan het echter weer wel, denk aan bijvoorbeeld beta-straling (electronen) of neutronen die redelijk diep door vaste materie kunnen dringen. Dit houdt echter wel heel snel op naarmate materie groter wordt, alfa straling (heliumkernen) komen niet door een vel papier heen, ongeacht hoeveel energie je ze mee geeft (tot het vel papier in brand vliegt althans). 

[jkien]

De vraag How can I stand on the ground? EM or/and Pauli is, zie ik, ook eens op physics stack exchange beantwoord.