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Capítulo Fricción y equilibrio

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2012

Equilibrio: Hasta que inicia el movimiento, todas las fuerzas sobre la podadora están en balanceadas. La fricción sobre los cojinetes de las ruedas y en el suelo se oponen al movimiento lateral.

Objetivos: Después de completar este módulo, deberá:
• Definir y calcular los coeficientes de fricción cinética y estática, y dar la relación defricción a la fuerza normal. • Aplicar los conceptos de fricción estática y cinética a problemas que involucran movimiento constante o movimiento inminente.

Fuerzas de fricción
Cuando dos superficies están en contacto, las fuerzas de fricción se oponen al movimiento relativo o al movimiento inminente. P Las fuerzas de fricción son paralelas a las superficies en contacto y se oponen al movimiento omovimiento inminente. Fricción estática: No movimiento relativo. Fricción cinética: Movimiento relativo.

Fricción y fuerza normal
4N 8N

n
4N

12 N

n
6N

n2N

La fuerza que se requiere para superar la fricción estática o cinética es proporcional a la fuerza normal, n.

fs = msn

fk = mkn

Las fuerzas de fricción son independientes del área.
4N 4N

Si la masa total quejala es constante, se requiere la misma fuerza (4 N) para superar la fricción incluso con el doble de área de contacto.
Para que esto sea cierto, es esencial que TODAS las otras variables se controlen estrictamente.

Las fuerzas de fricción son independientes de la temperatura, siempre que no ocurran variaciones químicas o estructurales.
4N 4N

A veces el calor puede hacer que las superficiesse deformen o vuelvan pegajosas. En tales casos, la temperatura puede ser un factor.

Las fuerzas de fricción son independientes de la rapidez.
5 m/s
2 N

20 m/s

2 N

La fuerza de fricción cinética es la misma a 5 m/s o a 20 m/s. De nuevo, debe suponer que no hay cambios químicos o mecánicos debido a la rapidez.

La fuerza de fricción estática
Cuando se intenta mover un objetosobre una superficie, la fricción estática aumenta lentamente hasta un valor MÁXIMO. fs

n

P
W

f s  ms

n

En este módulo, cuando se use la siguiente ecuación, se refiere sólo al valor máximo de la fricción estática y se escribe simplemente:

fs = msn

Movimiento constante o inminente
Para el movimiento que es inminente y para el movimiento con rapidez constante, la fuerzaresultante es cero y SF = 0. (Equilibrio)

fs
Reposo

P

fk P – fk = 0

P
Rapidez constante

P – fs = 0

Aquí el peso y las fuerzas normales están balanceadas y no afectan al movimiento.

Fricción y aceleración
Cuando P es mayor que el máximo fs la fuerza resultante produce aceleración. fk

a

P

Rapidez constante

Este caso se analizará en un capítulo posterior. fk = mknNote que la fuerza de fricción cinética permanece constante incluso mientras aumenta la velocidad.

Ejemplo 1: Si mk = 0.3 y ms = 0.5, ¿qué jalón horizontal P se requiere para apenas iniciar el movimiento de un bloque de 250-N?
1. Dibuje bosquejo y diagrama de cuerpo libre como se muestra. 2. Mencione lo conocido y etiquete lo que se encontrará:

n
fs

P +

Encontrar: P = ¿? Para apenascomenzar 3. Reconozca movimiento inminente: P – fs = 0

W

mk = 0.3; ms = 0.5; W = 250 N

Ejemplo 1 (cont.): ms = 0.5, W = 250 N. Encontrar P para superar fs (máx). Aplique fricción estática.

n
fs
250 N

P +

Para este caso: P – fs = 0 4. Para encontrar P necesita conocer fs , que es: fs = msn

n=?
n–W=0

5. Para encontrar n: SFy = 0

W = 250 N
(continúa)

n = 250 NEjemplo 1 (cont.): ms = 0.5, W = 250 N. Encontrar P para superar fs (máx). Ahora se conoce n = 250 N.
6. A continuación encuentre fs a partir de:

fs = msn = 0.5 (250 N) fs 7. Para este caso: P – fs = 0 P = fs = 0.5 (250 N)

n
250 N

P +

P = 125 N

ms = 0.5

Esta fuerza (125 N) es necesaria para apenas iniciar el movimiento. Considere a continuación P necesaria para rapidez...