FUERZAS TANGENCIALES

RCl,i.da Meric(Jn(l de Ff'iiCfl 38, No. 3 (1992) 478~48.'J

Enseñanza

Fuerza tangencial de contacto en movimiento de
rodamiento
ANGEL

1vlANZUR

Depar/amento de Física
Universidad A u tónoma Al el ro[)()/itana-l z/" p"lapa
Apartado pastal 55-534; 09340 México, D.F.
Recibido el 7 de juuio de [99[; aceptado el 26 de febrero de 1992

RESUMEN. Se presenta un experimento
dedemostración que ilustra cómo la fuerza tangencial de
contacto en un movimiento de rodamiento depende de factores geométricos del cucrpo raJante y
del punto de aplicación de la fuerza ext.erna. Est.os objetivos sc logrfln con un yayo colocado sobre
una superficie horizontal, con el eje en posición horizontal, y al que se le jala por medio de la
cuerda manteniendo fijo el ángulo con la horizont.al. Seobtienen dos intervalos angulares en que
el yoyo rueda trasladándose hacia la región donde la fuerza se aplica, otro intervalo en que el yoyo
rueda en dirección opuesta, UIl ángulo específico en que el yoyo resbala sin rodar y otro en que la
fuerza tangencial se anula.
ABSTRACT.
The demonstration
experiment here prcscnted iIlustrates how the tangential force of
contact in a rolling motiondepends on the geomelrical factors of t.he rolling body and lhe point of
application of the external force. These objectivcs are satisfactorily gottcn using a yo-yo, resting on
a horizontal surface with lhe symmetry axis horizontal, which is plllled through the string holding
fixcd the angle respect to lhe horizontal. There are two angular intervals where the yo-yo rolls
withoul slipping in lhedircction in which it is JmUed, in another interval it rolls without slipping
in the opposite direction; at a specific angle the yo-yo slips without rolling, and at other specific
angle the tangential force of cantact is zera.

rAes:

O1.50.My; O1.10.Gm

INTRODUCCIÓN

Usualmente

en los libros de texto de cursos introductorios

dos cuerpos

en contacto

en movimiento

relativo,de física se menciona que, para

la componente

tangencial

de la fuerza
de contacto (también llamada fuerza de fricción) se opone al movimiento y nunca lo
favorece; esto es cierto siempre en movimientos
de deslizamiento,
pero no en movimientos
de rodamiento.
Respecto
a este último tipo de movimiento
es poco lo que se menciona.

Aquí se presenta un experimento de demostración enque la fuerza tangencial en un
movimiento de rodamiento depende tanto de la geometría del cuerpo como de los puntos
de aplicación
de las fuerzas externas y que, además, puede apuntar
hacia donde el cuerpo
se traslada.
Teniendo en cuenta las características
que distinguen
a una demostración
[1,2),
aquí se presenta
en forma. de un problema
que se resuelve experimental
y teóricamente.En algunos libros de texto [3-6] se hacen preguntas
se está considerando,

pero en ninguno

relacionadas

de ellos se pide analizar

con el problema que aquí
la fuerza

tangencial.

FUERZATANGENCIAL CONTACTO MOVIMIENTO RODAMIENTO
DE
EN
DE

a

479

b

FIGURA1. (a) Diagrama de la geometría del yoyo y de las fuerzas que sobre él actl,an. (b) Cnanuo
la cuerda forma elángulo 01 con la horizontal, ninguna fuerza produce torca sobre el yayo.

PHOBLEMA
Sobre una superficie horizontal se encuentra un yoyo en reposo con su eje también horizontal. Se jala de la cuerda formando un ángulo O con la horizontal, ¿hacia dónde gira el
yayo y por qué?

OBJETIVO
Analizar la componente horizontal de la fuerza de contacto entre el yayo y la mesa en
términos del ángulo deinclinación de la cuerda y de los factores geométricos del yayo.

DESCHIPC'ÓN EXPERIMENTAL
En este experimento de demostración,
el cual es cualitativo, el interés radica en mostrar
el movimiento del yayo cuando la fnerza de tensión se aplica en ángulos diferentes. Para
realizar el experimento sólo basta jalar la cuerda manualmente,
trasladando
la mano
conforme el yayo se traslada,...