Leyes de fricción seca. coeficientes de fricción

TEMA 8.2 LEYES DE FRICCIÓN SECA. COEFICIENTES DE FRICCIÓN
Las leyes de fricción seca se pueden ejemplificar mediante el siguiente experimento. Un bloque de peso W se coloca sobre una superficie horizontal plana. Las fuerzas que actúan sobre el son su peso W y la reacción de la superficie. La reacción normal de la superficie está representada por N. supóngase que se aplica una fuerza horizontal Psobre el bloque, por lo tanto, debe existir una fuerza horizontal que equilibre a P, la cual se llama fuerza de Fricción Estática F, la cual es en realidad la resultante de diversas fuerzas que actúan sobre toda la superficie de contacto entre el bloque y el plano.
Si se incrementa la fuerza P, también se incrementa la fuerza de fricción F, la cual continúa oponiéndose a P, hasta que su magnitudalcanza cierto valor máximo Fm. Si P se incrementa aún más, la fuerza de fricción ya no la puede equilibrar y el bloque comienza a deslizarse. En cuanto empieza a moverse el bloque, la magnitud de F disminuye de Fm a un valor menos de Fk. A partir del momento en que el bloque empieza a moverse, éste continúa deslizándose con una velocidad que va aumentando mientras la fuerza de fricción,representada por Fk y denominada fuerza de fricción cinética, permanece constante.
N
W
B
F
A
P
N
w
A
B
A

Fk
Fm
F
P




El máximo valor de Fm de la fuerza de fricción estática es proporcional a la competencia normal N de la reacción de la superficie. Así que se tiene:
Fm=μsN
Donde μs es una constante llamada coeficiente de fricción estática. De forma similar, la magnitud de Fkde la fuerza de fricción cinética puede expresarse:
Fk=μkN
Donde μs es una constante denominada coeficiente de fricción cinética.


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 sobremadera | 0.25 – 0.50 |
Madera sobre cuero | 0.25 – 0.50 |
Piedra sobre piedra | 0.40 – 0.70 |
Tierra sobre tierra | 0.20 – 1.00 |
Hule sobre concreto | 0.60 – 0.90 |

Con base a la descripción que se expuso en los párrafos anteriores es posible afirmar que pueden ocurrir cuatro situaciones diferentes cuando un cuerpo rígido está en contacto con una superficie horizontal:1. Las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo no tienden a moverlo a lo largo de la superficie de contacto, por tanto no hay fuerza de fricción.
2. Las fuerzas aplicadas tienden a mover al cuerpo a lo largo de la superficie de contacto, pero no son lo suficientemente grandes para ponerlo en movimiento.
3. Las fuerzas aplicadas hacen que el cuerpo esté a punto de comenzar a deslizarse, eneste momento se dice que el movimiento es inminente.
4. El cuerpo se desliza bajo la acción de las fuerzas aplicadas y ya no se pueden aplicar las ecuaciones de equilibrio. El sentido de Fk es opuesto al sentido del movimiento.

TEMA 8.3 ÁNGULOS DE FRICCIÓN
Algunas veces es conveniente reemplazar la fuerza normal N y la fuerza de fricción F por su resultante R. considere un bloque de peso Wque descansa sobre una superficie horizontal plana. Si no se aplica una fuerza horizontal al bloque, la resultante R se reduce a la fuerza normal N. Sin embargo, si la fuerza aplicada P tiene una componente horizontal Px que tiende a mover al bloque, la fuerzas R tendrá una componente horizontal F, y por tanto, formará un ángulo φ con la normal a la superficie. Si se incrementa Px hasta que elmovimiento se vuelva inminente, el ángulo entre R y la vertical aumenta y alcanza un valor máximo. Este valor recibe el nombre de ángulo de fricción estática y se representa con φs, con base en la geometría de la figura se observa:
tanϕs=FmN=μsNN=μs (8.3)
Si llega a ocurrir movimiento, la magnitud de la fuerza de fricción decae a Fk; en forma similar, el ángulo φ entre R y N...