Friccion

5. FRICCIÓN

Siempre que un objeto se mueve sobre una superficie o en un medio viscoso, hay
una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con sus
alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de fricción.
Las fuerzas de fricción son importantes en la vida cotidiana. Nos permiten caminar
y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimientorelativo.
Empíricamente se ha establecido que la fuerza de fricción cinética es proporcional
a la fuerza normal N, siendo k la constante de proporcionalidad, esto es, f = N.

5.1. Fricción seca
Para ilustrar las fuerzas de fricción, suponga que intenta mover un pesado mueble
sobre el piso. Ud. empuja cada vez con más fuerza hasta que el mueble parece
"liberarse" para en seguida moverse con relativafacilidad.
Llamemos f a la fuerza de fricción, F a la fuerza que se aplica al mueble, mg a su
peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre el mueble).

La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de fricción puede
representarse mediante el siguiente grafico:

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Aumentemos desde cero la fuerza F aplicada. Mientras ésta se mantenga menor
que cierto valor N, cuyo significado seexplica más abajo, el pesado mueble no
se mueve y la fuerza de roce entre las patas del mueble y el piso es exactamente
igual a la fuerza F aplicada. Estamos en la denominada "zona estática", en que f =
F. Si continuamos aumentando la fuerza F alcanzaremos la situación en que f =
N, la máxima fuerza de fricción estática y el mueble parecerá "liberarse"
empezando a moverse, pero esta vez con unafuerza de fricción llamada cinética y
cuya relación con la fuerza normal es
fk =

N (zona cinética)

Donde es el coeficiente de roce cinético, que debe distinguirse del coeficiente
de roce estático , mencionado mas arriba. se obtiene encontrando el cociente
entre la máxima fuerza de roce (condición a punto de resbalar) y la fuerza normal.
De ahí que N nos entrega el valor máximo de la fuerza deroce estático.
El coeficiente de roce estático es siempre mayor que el coeficiente de roce
cinético. Los coeficientes de fricción estático y cinético para madera sobre madera,
hielo sobre hielo, metal sobre metal (lubricado), hule sobre concreto seco, y las
articulaciones humanas, están aquí descritos para esas determinadas superficies:

Ejemplo. Una caja de 10 kg descansa sobre un piso horizontal.El coeficiente de
fricción estático es = 0.4, y el de fricción cinética es =0.3. Calcule la fuerza de
fricción f que obra sobre la caja si se ejerce una fuerza horizontal externa F cuya
magnitud es a) 10 N, b) 38N, c) 40 N.

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SOLUCION:
El diagrama de cuerpo libre o de cuerpo aislado es:

Como N - mg = 0

N = mg = 98 N

1. La fuerza de fricción estática se opone a cualquier fuerza aplicada,hasta
llagar a un máximo N = (0.4)(98N) = 39.2 N. Como la fuerza aplicada es
F = 10 N, la caja no se moverá y f = F = 10 N.
2. Todavía la fuerza de 38 N no supera los 39.2 N, la fuerza de fricción habrá
aumentado a 38 N, f = 38N.
3. Una fuerza de 40 N hará que la caja comience a moverse, porque es mayor
que la fuerza máxima de fricción estática, 39.2 N. En adelante se tiene
fricción cinética, enlugar de fricción estática y la magnitud de la fricción
cinética es N = 0.3(98N) = 29 N. Si la fuerza aplicada continúa siendo F =
40 N, la aceleración que experimentará la caja será (40N - 29N)/10kg =
1.1 m/s2

5.1.1.

Leyes de la fricción seca

Las leyes de fricción seca se pueden ejemplificar por medio del siguiente
experimento. Un bloque de peso W se coloca sobre una superficie horizontalplana
(figura 2.6ª). Las fuerzas que actúan sobre el bloque son su peso W y la reacción
de la superficie tampoco tiene una componente horizontal; por lo tanto, la reacción
es normal a la superficie y esta representada por N en la figura 2.6ª. Ahora,
supóngase que se aplica sobre el bloque una fuerza horizontal P (figura 2.6b). Si P
es pequeña, el bloque no se moverá; por lo tanto, debe existir alguna...