La fricción por deslizamiento es la fricción que actúa sobre los objetos cuando 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. La fricción deslizante puede ser útil. Por ejemplo, usa la fricción deslizante cuando escribe con un lápiz. La “mina” del lápiz se desliza fácilmente sobre el papel, pero hay suficiente fricción entre el lápiz y el papel para dejar una marca.
Ejemplo: ¿Cómo te ayuda la fricción deslizante a andar en bicicleta?
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.
Algunos ejemplos más de fricción deslizante pueden ser
- trineo
- Empujar un objeto a través de una superficie
- Frotarse las manos (La fuerza de fricción genera calor).
- Un auto deslizándose sobre hielo
- Un coche patinando al doblar una esquina
- Abriendo una ventana
- Casi cualquier movimiento donde hay contacto entre un objeto y una superficie
Factores que afectan la fricción por deslizamiento
Los factores que afectan la fricción por deslizamiento se pueden escribir en puntos como
La deformación superficial de los objetos.
La fricción existe en líquidos y gases también. La fricción es menor en el aire o el agua en comparación con el deslizamiento contra una superficie sólida como la carretera.
La rugosidad o suavidad de la superficie de los objetos.
Las superficies lisas se deslizan sobre las superficies fácilmente en comparación con las rugosas. Cuando miras la escala microscópica puedes notar las irregularidades en la superficie que dificultan el deslizamiento. Así, cuanto mayor sea la rugosidad mayor es la fricción
La velocidad original de cualquier objeto.
El aumento de la temperatura de la superficie conduce al aplanamiento gradual de las protuberancias, lo que da como resultado un estado estacionario y una mayor velocidad de deslizamiento a alta temperatura, lo que reduce la fuerza de corte, reduce el coeficiente de fricción y logra una baja rugosidad.
El tamaño del objeto.
El peso de cualquier objeto es la fuerza comúnmente observada en la dirección normal. Entonces, la fricción es directamente proporcional al peso de un objeto.
Finalmente, la cantidad de presión sobre cualquiera de los objetos.
La fuerza en la dirección normal (perpendicular al plano de deslizamiento) aumentará la interacción entre la superficie aumentando así la fricción. La fricción es, por lo tanto, directamente proporcional a la fuerza normal aplicada.
Fórmula de fricción deslizante
La ecuación para la fuerza de deslizamiento incluye el coeficiente de fricción por deslizamiento multiplicado por la fuerza normal.
Dónde,
F s = Fuerza de fricción por deslizamiento
Coeficiente de fricción deslizante
Fn = 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
.
Movimiento en una superficie inclinada
El plano inclinado es un conjunto de problemas en el que un objeto masivo está en una pendiente y solo está sujeto a movimiento en la dirección hacia abajo de la pendiente. Aunque la gravedad tira de un objeto hacia abajo, la presencia de la pendiente lo impide. Debido a que los objetos no pueden moverse a través de la superficie sólida de la pendiente, el objeto está limitado al movimiento a lo largo de la superficie de la pendiente.
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.
Fuerza normal
La fuerza normal en un plano inclinado no está dirigida en la dirección a la que estamos acostumbrados. Hasta ahora, siempre hemos visto la fuerza normal dirigida hacia arriba en dirección opuesta a la fuerza de gravedad. La verdad sobre las fuerzas normales es que no siempre están hacia arriba, sino que siempre están dirigidas perpendicularmente a la superficie sobre la que se encuentra el objeto.
Componentes de la fuerza de gravedad
Es difícil determinar la fuerza neta que actúa sobre un objeto en un plano inclinado porque las dos fuerzas que actúan sobre el cuerpo no tienen direcciones opuestas. Para simplificar, una de las fuerzas que actúan sobre el objeto deberá resolverse en componentes perpendiculares para que puedan sumarse fácilmente a otras fuerzas que actúan sobre el objeto.
La fuerza que se dirige en un ángulo con la horizontal se descompone en componentes horizontal y vertical. En el caso de planos inclinados, descomponemos el vector de peso (Fgrav) en dos componentes. La fuerza de la gravedad se resolverá en dos componentes de fuerza: una dirigida paralela a la superficie inclinada y la otra dirigida perpendicularmente a la superficie inclinada.
El siguiente diagrama muestra cómo la fuerza de la gravedad ha sido reemplazada por dos componentes: una componente de fuerza paralela y otra perpendicular.
De la figura, entendemos que la componente perpendicular de la fuerza de gravedad está dirigida en dirección opuesta a la fuerza normal, equilibrando la fuerza normal.
La componente paralela de la fuerza de gravedad no está equilibrada por ninguna otra fuerza. Posteriormente, el objeto acelerará por el plano inclinado debido a la presencia de una fuerza desequilibrada. Es la componente paralela de la fuerza de gravedad la que provoca esta aceleración. La componente paralela de la fuerza de gravedad es la fuerza neta.
Ejemplos de fricción deslizante
- Frotar ambas manos juntas para crear calor.
- Un niño deslizándose por un tobogán en un parque.
- Un posavasos deslizándose contra una mesa.
- Una lavadora empujada junto con el suelo.
- El marco y el borde de la puerta deslizándose uno contra el otro.
- Un bloque se deslizó por el suelo.
- Dos cartas en una baraja deslizándose una contra la otra.
El deslizamiento puede ocurrir entre dos objetos de forma arbitraria, mientras que la fricción de rodadura es la fuerza de fricción asociada con el movimiento de rotación. La fricción de rodadura suele ser menor que la asociada con la fricción cinética de deslizamiento. Los valores del coeficiente de rozamiento por rodadura son bastante inferiores a los del rozamiento por deslizamiento. Suele producir mayores subproductos sonoros y térmicos.
Ejemplo: Movimiento de frenado de neumáticos de vehículos de motor en una calzada.
Ejemplos de problemas de fricción deslizante
Pregunta 1. El diagrama de cuerpo libre muestra las fuerzas que actúan sobre una caja de 100 kg que se desliza por un plano inclinado. El plano está inclinado en un ángulo de 30 grados. El coeficiente de fricción entre la caja y el plano inclinado es 0,3. Determine la fuerza neta y la aceleración de la caja.
Solución:
La fuerza de gravedad en el problema dado se puede calcular como:
F = 9,8 × 100 = 980 N
Las componentes de la fuerza de gravedad se pueden determinar de la siguiente manera:
F paralelo = 980 × sen30° = 490 N
F perpendicular = 980 × cos30° = 849 N
Como la componente perpendicular del vector de peso equilibra la fuerza normal, el valor del vector de peso es 849 N
El valor de la fuerza de fricción se puede determinar multiplicando el valor de la fuerza normal y el coeficiente de fricción.
norma F = 0,3 × 849 = 255 N
La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
La fuerza neta se puede calcular de la siguiente manera:
490 N – 255 N = 235 N
La aceleración se calcula de la siguiente manera:
Pregunta 2. El coeficiente de fricción por deslizamiento en un cuerpo es 0,5 y la fuerza normal aplicada es de 200 N. Encuentra la fuerza debida a la fricción por deslizamiento.
Solución:
norte = 200 norte
= 0,5
F= norte
F = 0,5 × 200 N = 100 N
Entonces, la fricción deslizante aplicada sobre el cuerpo es de 100N.
Pregunta 3. ¿De qué depende la fricción por deslizamiento?
Responder:
La fricción por deslizamiento depende únicamente de dos variables: los materiales en cuestión y el peso del objeto.
Cambiar el área de la superficie en contacto no cambia la fricción de deslizamiento. La fricción por deslizamiento para la mayoría de los materiales es menor que la fricción estática.
Pregunta 4: ¿Cuáles son algunos ejemplos de fricción deslizante?
Responder:
Ejemplos de fricción por deslizamiento
1. Trineo.
2. Empujar un objeto sobre una superficie.
3. Frotarse las manos (la fuerza de fricción genera calor).
4. Un auto deslizándose sobre hielo.
5. Un automóvil que patina al doblar una esquina.
6. Abriendo una ventana.
7. Casi cualquier movimiento donde haya contacto entre un objeto y una superficie.
Pregunta 5. ¿La fricción por deslizamiento es constante?
Responder:
Aunque pueda parecer contradictorio, el coeficiente de fricción por deslizamiento es independiente del área de las superficies en contacto, siempre que la fuerza normal sea constante. Esto se mantiene solo cuando las superficies son duras y no están lubricadas.
Pregunta 6. ¿Cuál es menor rozamiento por deslizamiento o rozamiento estático?
Responder:
La fricción entre las dos superficies se debe al entrelazamiento de las irregularidades de las dos superficies.
Durante el deslizamiento, los puntos de contacto no tienen suficiente tiempo para enclavarse correctamente. Por lo tanto, se genera menos fricción que la fricción estática. Esto explica por qué la fricción por deslizamiento es menor que la fricción estática.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA