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 delmovimiento relativo.

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 =


Aumentemos desde cero la fuerza F aplicada. Mientras ésta se mantenga menor que cierto valor N, cuyo significado se explica más abajo, el pesado mueble no se mueve y la fuerza de roce entre las patas del mueble y el pisoes 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 una fuerza de fricción llamada cinética y cuya relación con la fuerza normal es

fk =
SOLUCION:
El diagramade 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 de40 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, en lugar de fricción estática y la magnitud de la fricción cinética es
F m (figura 2.6c). Si P se incrementa aun mas, la fuerza de fricción ya no la puede equilibrar y el bloque comienza a deslizarse. Tan pronto comience a moverse el bloque, lamagnitud de F disminuye a F m a un valor menor de F k . Lo anterior de debe a que existe una menor interpenetración entre las irregularidades de las superficies en contacto cuando dichas superficies se mueven una con respecto de la otra. A partir del momento en el que el bloque comienza a moverse, esta continúa deslizándose con una velocidad que va aumentando mientras que la fuerza de friccióncinética, permanece aproximadamente constante.

La evidencia experimental muestra que el máximo valor F m de la fuerza de fricción estática es proporcional a la componente normal N de la reacción de la superficie. Así, se tiene que

F m = µ s * N

Donde µ s es una constante denominada el coeficiente de fricción estática. Similarmente la magnitud F k de la fuerza de fricción cinética puede expresarse enla forma

F k = µ k * N

Donde µ k es una constante denominada el coeficiente de fricción cinética. Los coeficientes de fricción µ s y µ k no dependen del área de las superficies en contacto. Sin embargo, ambos coeficientes dependen notoriamente de la naturaleza de las superficies en contacto. Como dichos coeficientes también dependen de la condición exacta de las superficies, sus valores rarasveces se conocen con una presión superior al 5 por ciento. En la tabla 8.1 se proporcionan valores aproximados de coeficientes de fricción estática para distintas superficies secas. Los valores correspondientes del coeficiente de fricción cinética serian alrededor de un 25 por ciento menores. Como los coeficientes de fricción son cantidades adimensionales, los valores proporcionados en la tabla 8.1se pueden utilizar tanto con las unidades de SI o con las unidades del sistema de uso común en los Estados Unidos.



Figura 2.6
Tabla 8.1 Valores aproximados de los coeficientes de fricción estática para superficies secas

Metal sobre metal
0.15 – 0.60

Metal sobre madera
0.20 – 0.60

Metal sobre piedra
0.30 – 0.70

Metal sobre cuero
0.30 – 0.60

Madera sobre madera
0.25 – 0.50

Madera...