Visita Encydia-Wikilingue.con

Fricción

fricción - Wikilingue - Encydia

Esta página o sección fue marcada para revisión, debido a inconsistências y/o datos de fiabilidad duvidosa. Si tiene algún conocimiento sobre el tema, por favor, verifique y mejore la consistencia y el rigor de este artículo. Considere utilizar {{revisión-sobre}} para asociar este artículo con un WikiProjeto.
La fricción resulta de la interacción entre dos cuerpos

En física, la fricción es una fuerza natural que tutéa sólo cuando un objeto está en contacto mecánico con otro, siendo ambos microscopicamente o macroscopicamente ásperos (vide figura "ilustrativa"). Para existir la fuerza de fricción debe haber movimientos relativo entre los cuerpos en contacto (fricción cinético), o por lo menos la menos la tendencia de uno moverse en relación al otro (fricción estática) gracias a la acción de otras fuerza(s), externa(s) a él(s) aplicadas. La fuerza de fricción es siempre paralela a la superficies en interacción es causada por la oposición que la superficie de uno de los cuerpos opone al movimiento relativo del otro.

A pesar de siempre paralelo a la superficies en interacción, la fricción entre estas superficies depende de la Fuerza Normal entre el objeto y la superficie; cuánto mayor sea la Fuerza Normal mayor será la fricción. Pasar un dedo pelo tapo de una mesa puede ser usado como ejemplo práctico: al presionarse con fuerza el dedo sobre lo tapo, la fricción aumenta y es más difícil mantener el dedo moviéndose por la superficie. Sin embargo, al contrario del que se podría imaginar, mantenidas las demás variables constantes, la fuerza de fricción no depende del área de contacto entre las superficies, sólo de la naturaleza de estas superficies y de la fuerza normal que tiende a hacer una superficie "penetrar" en la otra.

La energía disipada por la fricción (siempre de forma irreversível) es completamente convertida en energía térmica que lleva al aumento de la temperatura de los cuerpos en fricción.

Tabla de contenido

Coeficiente de fricción

Se relaciona el grado de rugosidad de las superficies y al "acoplamiento" entre los dos cuerpos. Se trata de una grandeza adimensional, o sea, no presenta unidad. Puede ser diferenciado en coeficiente de fricción dinámica o de fricción estática en consonancia con la situación en la cual se determina tales coeficientes:

.

.

Comparándose los módulos de los dos coeficientes, en el contacto entre superficies sólidas el coeficiente de fricción dinámica será siempre más pequeña (pero no necesariamente muy más pequeña) que el coeficiente de fricción estática:

Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mu_d \le \mu_y\,


En el caso de deslizameto sobre fluidos llamados no-newtonianos esa relación puede cambiar, mientras sobre fluidos newtonianos, Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mu\,

independe de la condición de movimiento.

Fricción dinámica o cinético

Se llama de fuerza de fricción dinámica la fuerza que surge entre las superficies que presentan movimiento relativo de deslizamiento entre sí. La fuerza de fricción dinámica se opone siempre a este deslizamiento, y tutéa en los cuerpos de forma a siempre contrariarlo (intente impedirlo), pero ni siempre se muestra opuesta al movimiento observado del cuerpo. Considere un niño que estira un pequeño camión, que tiene sobre su caçamba un pequeño cubo de madera. La fuerza responsable por colocar el cubo en movimiento cuando el niño estira bruscamente el camión, haciendo el cubo resbalar por la caçamba, es la fuerza de fricción, que en este caso tutéa en la dirección del movimiento del cubo - cuando observado por la madre del niño, supuesta estática al llamarlo .

Ejemplo clásico también se encuentra cuando se tiene un coche moviéndose en una carretera y el conductor frea bruscamente, de modo que las ruedas sean trabadas. El coche irá a parar a causa de la fuerza de fricción que surge sobre los neumáticos gracias al contacto del neumáticos con el suelo, y conforme esperado tutéa de forma a contrariar el deslizamiento de los neumáticos sobre la pista y de forma a contrariar el movimiento del coche en relación al suelo. Note que la reacción a esta fuerza, la fuerza de fricción sobre el suelo, tiende a empujar el suelo para frente.

Para el caso de un hombre empujando una caja se debe considerar que, si la caja aún está en reposo mientras el hombre aplica la fuerza, la fuerza de fricción entre la caja y el plan de apoyo será de fricción estática, siendo la fuerza de fricción sobre la caja contraria a la tendencia de deslizamiento de la caja para frente. De la misma forma, sobre los pies del hombre, la fuerza de fricción estará tuteando en el sentido a impedir el deslizamiento de los pies para tras, pero en ese caso la fuerza de fricción estática sobre los pies estará apuntando para frente, intentando imponer movimiento al hombre (y a la caja). Si la caja deslice, la fuerza de fricción sobre la caja debido a la fricción con la base de apoyo será una fuerza de fricción ahora dinámica, pero aún estará oponiéndose al deslizamiento de las superficies en contacto y también al movimiento de la caja. Sin embargo, para el caso de los pies del hombre, considerando que este no resbala aún cuando la caja entra en movimiento, la fuerza de fricción sobre los pies continúa siendo de carácter estático mismo cuando el hombre camina. Ella aún estará apuntando para frente, aún estará oponiéndose al deslizamiento de los pies sobre el suelo, pero aún siendo de carácter estático estará aplicada en un cuerpo que se mueve, siendo esta fuerza de fricción sobre los pies en verdad la fuerza responsable por el movimiento del hombre (y del caixote) para frente.

Algo similar ocurre en el neumático en rodamiento. El neumático como uno todo se mueve, pero el punto de contacto es estático. Si el neumático no "patina", sólo rola, la fricción a considerarse es el estático.

Note que hay siempre un par acción-reacción de fuerzas de fricción: si hay una fuerza de fricción en el caixote apunta para tras, hay una segunda fuerza de fricción tuteando en la base que lo sostiene (en el suelo), y esta fuerza de reacción, tuteando en la base, apunta para el frente, en sentido opuesto a la primera.

La fuerza de fricción cinético puede ser calculada por la siguiente expresión:

, donde Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): F_{at} , medida en Newtons, c puede ser d (dinámico) o y (estático) y Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mu_{c}

es el coeficiente de fricción (dinámico o estático) y Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): N
la fuerza que es normal a la dirección del movimiento (en el caso del cuerpo estar en un plan horizontal, tiene la misma intensidad del peso del cuerpo, o sea, Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): N = P = m.g

, donde Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): m

es la masa del objeto y Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): g
es la aceleración del campo gravitacional en el local).

Cuánto mayor sea la fuerza normal, mayor será la fricción entre los cuerpos.

Fricción estática

Se llama de fuerza de fricción estática la fuerza que se opone al inicio del movimiento entre las superficies, o a la fricción de rodamiento de una superficie sobre otra. Por ejemplo, se puede citar la fricción entre el neumático de un coche cuando este no está resbalando sobre la superficie (lo que no implica que el neumático no pueda estar rolando). Se llama fuerza de fricción estática máxima a la máxima fuerza de fricción estática que puede existir entre dos superficies sin que estas sin embargo deslicen una sobre la otra.

Cuando se intenta empujar una caja en reposo en relación al suelo, se nota que se puede gradualmente ir aumentado la fuerza sobre la caja sin que esta sin embargo se mueva. La fuerza que se opone a la fuerza aplicada sobre la caja, y que a esta se suma para dar una resultante nula de fuerzas, lo que es necesario para mantener la caja en reposo, es justamente la fuerza de fricción estática que tutéa en la caja. La fuerza de fricción estática es en módulo igual al de la componente paralela a la superficie de la fuerza aplicada por el hombre, hasta que el bloque se mueva. Sin embargo, hay una fuerza límite que el hombre puede aplicar en la caja sin que el caixote se mueva: la componente de esta fuerza paralela a la superficie se iguala a la de fricción estática máxima, en módulo. Al entrar en movimiento, la fuerza que el hombre ejerce disminuye bien se comparada a la necesaria para colocar el caixote en movimiento. En este caso, la componente paralela de la fuerza que él pasa a ejercer para mantener el caixote moviéndose se iguala en módulo a la fuerza de fricción dinámica, y se muestra relativamente independiente de la velocidad del caixote (para bajas velocidades), siendo esta considerablemente más pequeña del que la fuerza máxima aplicada.

Matemáticamente la fuerza de fricción dinámica se relaciona con la fuerza normal mediante la siguiente ecuación:


Y la fuerza de fricción estática máxima se relaciona con la fuerza normal de la siguiente forma:

(análogo a la fricción dinámica)

Algunos Casos de Fricción

En algunos casos, como ejercicios de vestibulares , es necesario calcular la fuerza de fricción en situaciones especiales. Observe a continuación algunos ejemplos:

Rolha en botella

En ese ejemplo, para hallar la fuerza que la fricción ejerce en la rolha sobre la boca de la botella de vidrio cuando se intenta practicar la soltura de la rolha de cortiça , necesitamos antes hallar el área de contacto entre la rolha y el bocal. Después de obtener ese dato por cuentas matemáticas (superficie interna de un cilindro), es preciso hallar también conocer la presión ejercida por la rolha en el bocal. La presión de la rolha tuteando sobre el área de contacto irá a suministrar la Fuerza Normal entre la rolha y la estricción de vidrio, y, conociéndose esta fuerza normal y también los los coeficientes de fricción, basta utilizar la fórmula para obtener la Fuerza de Fricción (y la fuerza que se ha que hacer ) para abrirse tal botella.

Fricción en el plan inclinado

Cuando un cuerpo está sobre un plan inclinado y bajo acción exclusiva de la gravedad, la intensidad de la Fuerza Normal que se utiliza para calcular la Fuerza de Fricción corresponde a la componente perpendicular al plan de contacto, que puede ser calculada según la expresión:

Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): N = P \equipos cos(\theta)


donde Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \theta
es el ángulo de inclinación  en relación a la horizontal.Vale resaltar que cuando se trata de un plan inclinado, el ángulo formado por el plan inclinado y la horizontal corresponde al ángulo formado por el peso del cuerpo sobre el plan y su componente perpendicular al plan inclinado, rutinariamente llamada de Py. En ese circunstancia, la fuerza de fricción que tuteará sobre el cuerpo irá a oponerse al deslizamiento al largo de la superficie del plan, y por lo tanto estará orientada paralelamente al plan, para cima.

Velocidad máxima en la curva

Para un coche en movimiento circular uniforme la dirección de la fricción es siempre perpendicular a la recta tangente a la circunferência al punto en que el coche se encuentra, y el sentido apunta para el centro. La fuerza de fricción es en verdad la fuerza centrípeta necesaria al movimiento, y para calcular la velocidad máxima con la cual el coche conseguirá hacer la curva se usa la siguiente fórmula, obtenida mediante la igualdad entre la expresión para el cálculo de la fuerza de fricción estática máxima y la fuerza centrípeta necesaria para el mantenimiento del movimiento circular uniforme:

Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): F_{a.y.max} = M a_{c.max} = M \frac {V_{max}^2}{R}

. El terma a c.max es la aceleración centrípeta máxima aplicable al coche por el suelo, y M la masa del coche, y Vmax la máxima velocidad con la cual el coche hará la curva.

Sustituyéndose la expresión para la fuerza de fricción estática máxima, acordándose que la normal es igual al peso (Mg), y resolviendo, se tiene:

Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): V_{max} = \sqrt{ \mu_egR}


Note que la velocidad máxima no depende de la masa del coche. sólo de la gravedad local, del rayo R de la curva, y de la fricción entre las superficies, caracterizado por el coeficiente de fricción estática máximo.

Ver también

Otros proyectos Wikimedia también contienen material sobre este tema:
Wikilivros Libros y manuales en el Wikilivros
Commons Imágenes y medía en el Commons
Ícone de esboço Este sobre Física es uno esbozo. Usted puede ayudar la Wikipédia expandiéndolo.