La fricción es una fuerza entre dos superficies que se deslizan o intentan deslizarse entre sí. Por ejemplo, cuando intenta empujar un libro por el suelo, la fricción lo dificulta. La fricción siempre funciona en la dirección opuesta a la dirección en la que el objeto se mueve o intenta moverse. La fricción siempre reduce la velocidad de un objeto en movimiento.
La cantidad de fricción depende de los materiales de los que están hechas las dos superficies. Cuanto más rugosa es la superficie, más fricción se produce. La fricción también produce calor. Si te frotas las manos rápidamente, sentirás que se calientan.
Ventajas de la fricción
- La fricción es responsable de muchos tipos de movimiento.
- Nos ayuda a caminar por el suelo.
- Los frenos de un automóvil utilizan la fricción para detener el automóvil.
- Los asteroides se queman en la atmósfera antes de llegar a la Tierra debido a la fricción.
- Ayuda en la generación de calor cuando nos frotamos las manos.
Desventajas de la fricción
- La fricción produce un calor innecesario que conduce al desperdicio de energía.
- La fuerza de fricción actúa en la dirección opuesta del movimiento, por lo que la fricción frena el movimiento de los objetos en movimiento.
- Los incendios forestales se producen por el roce entre las ramas de los árboles.
- Se invierte mucho dinero en la prevención de la fricción y el desgaste habitual causado por el uso de técnicas como el engrase y la lubricación.
Tipos de fricción
Hay básicamente cuatro tipos de fricción:
- Fricción estática
- Fricción de deslizamiento
- Fricción rodante
- Fricción de fluidos
Fricción estática
Actúa sobre los objetos cuando están apoyados sobre una superficie. Por ejemplo, si vas de excursión por el bosque, hay fricción estática entre tus zapatos y el sendero cada vez que bajas el pie. Sin esta fricción estática, sus pies se deslizarían por debajo de usted, lo que dificultaría caminar. De hecho, eso es exactamente lo que sucede si tratas de caminar sobre hielo. Eso es porque el hielo es muy resbaladizo y ofrece muy poca fricción.
Fricción de deslizamiento
Es el rozamiento que actúa sobre los objetos cuando estos se deslizan sobre una superficie. La fricción por deslizamiento es más débil que la fricción estática. Es por eso que es más fácil deslizar un mueble sobre el piso después de comenzar a moverlo que hacer que se mueva en primer lugar. Por ejemplo, hay fricción deslizante entre las pastillas de freno y las llantas de la bicicleta cada vez que usa los frenos de su bicicleta. Esta fricción reduce la velocidad de las ruedas rodantes para que pueda detenerse.
Fricción rodante
Es el rozamiento que actúa sobre los objetos cuando éstos ruedan sobre una superficie. Es mucho más débil que la fricción deslizante o la fricción estática. Esto explica por qué la mayoría de las formas de transporte terrestre usan ruedas, incluidas bicicletas, automóviles, vehículos de cuatro ruedas, patines, scooters y patinetas. Por ejemplo: los cojinetes de bolas de esta rueda reducen la fricción entre los cilindros interior y exterior cuando giran.
Fricción de fluidos
La fricción fluida es la fricción que actúa sobre los objetos que se mueven a través de un fluido. Un fluido es una sustancia que puede fluir y tomar la forma de su recipiente. Los fluidos incluyen líquidos y gases. Si alguna vez ha tratado de empujar su mano abierta a través del agua en una bañera o piscina, entonces ha experimentado fricción fluida. Otro ejemplo podría ser un nadador, cortando a través de los bordes del agua donde el agua proporciona una resistencia fluida al nadador.
Coeficiente de fricción
El coeficiente de fricción, µ, es una medida de la cantidad de fricción que existe entre dos superficies. Un valor bajo del coeficiente de fricción indica que la fuerza requerida para que ocurra el deslizamiento es menor que la fuerza requerida cuando el coeficiente de fricción es alto. El valor del coeficiente de fricción viene dado por
Dónde,
F es la fuerza de fricción y,
N es la fuerza normal.
Derivación del coeficiente de fricción
Fuerza perpendicular reducida
Cuando un objeto se coloca en un plano inclinado, la fuerza perpendicular entre las superficies se reduce de acuerdo con el ángulo del plano inclinado. La fuerza requerida para vencer la fricción (F r ) es igual al coeficiente de fricción (μ) por el coseno del ángulo de inclinación (cos ) por el peso del objeto (W). Hay tablas matemáticas que dan los valores de los cosenos para varios ángulos.
F r = μ W Cos
La gravedad contribuye al deslizamiento.
Tenga en cuenta que cuando un objeto está en una pendiente, la fuerza de la gravedad contribuye a que el objeto se deslice hacia abajo por la rampa o pendiente. Llamemos a esa fuerza (F g ), y es igual al peso del objeto (W) por el seno del ángulo (sin )
F g = W pecado
La tangente del ángulo determina el coeficiente
Si coloca la rampa en un ángulo lo suficientemente pronunciado, F g será mayor que F r y el objeto se deslizará hacia abajo por la pendiente. El ángulo en el que comienza a deslizarse se determina a partir de la ecuación:
μ W cos = W sen
Dividiendo ambos lados de la ecuación por W y cos, obtenemos la ecuación para el coeficiente de fricción estático
μ = bronceado
donde tan es la tangente del ángulo y es igual a 
.
Por ejemplo: si colocas un libro en una rampa y cambias el ángulo de la rampa hasta que el libro comienza a deslizarse y luego mides el ángulo de la rampa, puedes determinar el coeficiente de fricción entre el libro y la rampa. Si el ángulo era de 30 grados, entonces la tangente de 30 grados es aproximadamente 0,58. Ese sería el coeficiente estático de fricción en este caso. Incluso si aumentara el peso del libro, aún se deslizaría a 30 grados.
Ejemplos de problemas sobre el coeficiente de fricción
Pregunta 1: Un objeto que tiene una masa de 10 kg se coloca sobre una superficie lisa. La fricción estática entre estas dos superficies se da como 15 N. ¿Encuentra el coeficiente de fricción estática?
Solución:
Dado
m = 10 kg
F = 30 N
Lo sabemos,
Fuerza normal, N = mg
Entonces, N = 10 × 9,81 = 98,1 N
La fórmula para el coeficiente de fricción estática es,
µ = F/N
µ = 30/98,1
µ = 0,305
Pregunta 2: La fuerza normal y la fuerza de fricción de un objeto son 50 N y 80 N respectivamente. Encuentre el coeficiente de fricción?
Solución:
Dado
norte = 50 norte
F = 80 N
La fórmula del coeficiente de rozamiento es
µ = F/N
µ = 80/50
µ = 1,6 N
Pregunta 3: Una partícula de 5 kg de masa está en equilibrio límite en un plano rugoso que está inclinado en un ángulo de 30 grados con respecto a la horizontal. Encuentre el coeficiente de fricción entre la partícula y el plano.
Solución:
Resolviendo el plano:
Resolviendo perpendicular al plano:
En el equilibrio límite, entonces
Pregunta 4: Una caja de 5 kg sobre una mesa horizontal es empujada por una fuerza horizontal de 15 N como se muestra a la derecha. Si el coeficiente de fricción es 0,4, ¿se moverá la caja?
Solución:
El dibujo muestra las fuerzas que actúan sobre la caja. Tenga en cuenta que el peso de una caja de 5 kg de masa es 5 g donde
Como las fuerzas verticales están en equilibrio,
Por lo tanto, la máxima fricción posible es
La fuerza de empuje, 15 N, es menor que esto y, por lo tanto, no puede superar la fricción.
La caja no se moverá.
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Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA