La fricción es una fuerza que resiste el movimiento relativo y se produce en la interfaz entre los cuerpos, pero también dentro de los cuerpos, como en el caso de los fluidos. El concepto de coeficiente de fricción fue formulado por primera vez por Leonardo da Vinci. La magnitud del coeficiente de fricción está determinada por las propiedades de las superficies, el entorno, las características de la superficie, la presencia del lubricante, etc.

Leyes de fricción

Hay cinco leyes de fricción y son:

• La fricción del objeto en movimiento es proporcional y perpendicular a la fuerza normal.

• La fricción que experimenta el objeto depende de la naturaleza de la superficie con la que está en contacto.

• La fricción es independiente del área de contacto siempre que exista un área de contacto.

• La fricción cinética es independiente de la velocidad.

• El coeficiente de fricción estática es mayor que el coeficiente de fricción cinética.

Cuando vemos cualquier objeto, podemos ver la superficie lisa, pero cuando el mismo objeto se observa bajo un microscopio, se puede ver que incluso el objeto que parece liso tiene bordes rugosos. A través del microscopio se pueden ver pequeñas colinas y surcos, y se les conoce como irregularidades de la superficie. Entonces, cuando un objeto se mueve sobre otro, estas irregularidades de la superficie se enredan dando lugar a la fricción. A mayor rugosidad, más irregularidades y mayor será la fuerza aplicada.

Fricción estática

Existen varias teorías sobre las causas de la fricción estática y, como la mayoría de los conceptos relacionados con la fricción, cada una resulta válida en algunas condiciones, pero falla en otras circunstancias. Para aplicaciones del mundo real (especialmente aquellas relacionadas con maquinaria industrial y movimiento). Controlar Las dos teorías más aceptadas detrás de la fricción estática tienen que ver con la rugosidad microscópica de las superficies.

Independientemente de cuán perfectamente se mecanice, termine y limpie una superficie, inevitablemente tendrá asperezas, esencialmente rugosidades, que consisten en picos y valles, muy parecidos a una cadena montañosa. (Técnicamente, los picos son las asperezas.) Cuando dos superficies están en contacto, puede parecer que tienen un área de contacto grande y bien definida, pero en realidad, el contacto ocurre sólo en ciertos lugares, es decir, donde las asperezas de ambas superficies interfieren.

La suma de estas pequeñas áreas de contacto entre las asperezas se denomina área de contacto real o efectiva. Debido a que estas áreas individuales de contacto son muy pequeñas, la presión (presión = fuerza ÷ área) entre las superficies en estos puntos es muy alta. Esta presión extrema permite que se produzca la adhesión entre las superficies, mediante un proceso conocido como soldadura en frío, que se produce a nivel molecular. Antes de que las superficies puedan moverse entre sí, se deben romper los enlaces que causan esta adhesión.

Además, la rugosidad de las superficies significa que, en algunos lugares, las asperezas de una superficie se asentarán en los valles de la otra superficie; en otras palabras, las superficies se entrelazarán.

Estas áreas entrelazadas deben romperse o deformarse plásticamente antes de que las superficies puedan moverse. En otras palabras, debe producirse abrasión. Entonces, en la mayoría de las aplicaciones, la fricción estática es causada tanto por la adhesión como por la abrasión de las superficies de contacto.

Leyes de fricción estática

Hay dos leyes de fricción estática:

1. Primera ley: La fuerza máxima de fricción estática no depende del área de contacto.
2. Segunda ley: La fuerza máxima de fricción estática es comparativa con la fuerza normal, es decir, si la fuerza normal aumenta, también aumenta la fuerza externa máxima que el objeto puede soportar sin moverse.

Derivación de la fórmula de fricción estática.

Consideremos un bloque de peso mg que se encuentra sobre una superficie horizontal como se muestra en la figura. Cuando un cuerpo presiona contra una superficie, la superficie se deforma incluso si parece rígida. La superficie deformada empuja el cuerpo con una fuerza normal R que es perpendicular a la superficie. Esto se llama fuerza de reacción normal. Equilibra mg es decir

R = mg

Consideremos ahora que se aplica una fuerza P sobre el bloque. Claramente, el cuerpo permanece en reposo porque alguna otra fuerza F entra en juego en la dirección horizontal y se opone a la fuerza aplicada P, lo que da como resultado una fuerza neta cero sobre el cuerpo. Esta fuerza F que actúa a lo largo de la superficie del cuerpo en contacto con la superficie de la mesa se llama fuerza de fricción.

Entonces mientras el cuerpo no se mueva F = P. Esto significa que si aumentamos P, la fricción F también aumenta, quedando siempre igual a P.

Esta fuerza de fricción que entra en juego hasta que comienza el movimiento real se conoce como fricción estática.

Coeficiente de fricción estática

La fricción estática es la fricción que se experimenta cuando un objeto se coloca sobre una superficie. Y la fricción cinética se debe al movimiento de un objeto sobre una superficie. La fricción se caracteriza bien por el coeficiente de fricción y se explica como la relación entre la fuerza de fricción y la fuerza normal. Esto ayuda al objeto a descansar sobre una superficie. El coeficiente de fricción estática es una cantidad escalar y se denota como μ_s.

La fórmula para el coeficiente de fricción estática se expresa como

mu_{s} = frac{F}{N}

Dónde

metro _s ​ = coeficiente de fricción estática

F = fuerza de fricción estática

norte = fuerza normal

Friccion kinetica

La fricción cinética se define como una fuerza que actúa entre superficies en movimiento. Un cuerpo que se mueve sobre la superficie experimenta una fuerza en la dirección opuesta a su movimiento. La magnitud de la fuerza dependerá del coeficiente de fricción cinética entre los dos materiales.

La fricción se define fácilmente como la fuerza que frena un objeto que se desliza. La fricción cinética es parte de todo e interfiere el movimiento de dos o más objetos. La fuerza actúa en dirección opuesta a la forma en que un objeto quiere deslizarse.

Si un coche tiene que parar, aplicamos los frenos y ahí es exactamente donde entra en juego la fricción. Al caminar, cuando uno quiere detenerse repentinamente, la fricción es de nuevo agradecer. Pero cuando tenemos que parar en medio de un charco la cosa se pone más difícil ya que allí la fricción es menor y no puede ayudar tanto.

Superar la fricción estática entre dos superficies esencialmente elimina tanto los obstáculos moleculares (soldadura en frío entre asperezas) como, hasta cierto punto, los obstáculos mecánicos (interferencia entre las asperezas y los valles de las superficies) al movimiento. Una vez que se inicia el movimiento, continúa ocurriendo algo de abrasión, pero a un nivel mucho más bajo que durante la fricción estática y la velocidad relativa entre las superficies proporciona tiempo insuficiente para que se produzca una soldadura en frío adicional (excepto en el caso de una velocidad extremadamente baja).

Al superar la mayor parte de la adhesión y la abrasión para inducir el movimiento, la resistencia al movimiento entre las superficies se reduce y las superficies ahora se mueven bajo la influencia de la fricción cinética, que es mucho menor que la fricción estática.

Leyes de la fricción cinética

Hay cuatro leyes de fricción cinética:

1. Primera ley: La fuerza de fricción cinética (F_k) es directamente proporcional a la reacción normal (N) entre dos superficies en contacto. Dónde, metro _k ​ = constante llamada coeficiente de fricción cinética.
2. Segunda ley: La fuerza de fricción cinética es independiente de la forma y el área aparente de las superficies en contacto.
3. Tercera ley: Depende de la naturaleza y del material de la superficie en contacto.
4. Cuarta ley: Es independiente de la velocidad del objeto en contacto siempre que la velocidad relativa entre el objeto y la superficie no sea demasiado grande.

Fórmula de fricción cinética

El coeficiente de fricción cinética se indica con la letra griega mu ( metro ), con un subíndice k. La fuerza de fricción cinética es metro _k veces la fuerza normal sobre un cuerpo. Se expresa en Newton (N).

La ecuación de fricción cinética se puede escribir como:

Fuerza de fricción cinética = (coeficiente de fricción cinética)(fuerza normal)

F _k = metro _k h

Dónde,

F _k = fuerza de fricción cinética

metro _k coeficiente de fricción cinética

h = fuerza normal (letra griega eta)

Derivación de la fórmula de la fricción cinética

Consideremos un bloque de peso mg recostado sobre una superficie horizontal como se muestra en la figura. Cuando un cuerpo presiona contra una superficie, la superficie se deforma incluso si parece rígida. La superficie deformada empuja el cuerpo con una fuerza normal. R que es perpendicular a la superficie. Esto se llama fuerza de reacción normal. Equilibra mg es decir R = mg .

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Ahora consideremos que una fuerza PAG se aplica en el bloque como se muestra. Es evidente que el cuerpo permanece en reposo porque alguna otra fuerza F entra en juego en dirección horizontal y se opone a la fuerza aplicada PAG resultando en una fuerza neta cero sobre el cuerpo. Esta fuerza F que actúa a lo largo de la superficie del cuerpo en contacto con la superficie de la mesa se llama Fuerza de fricción .

Mientras el cuerpo no se mueva F = P . Esto significa que si aumentamos P, la fricción F también aumenta, manteniéndose siempre igual a P.

A medida que aumentamos la fuerza aplicada ligeramente más allá del límite de fricción, comienza el movimiento real. Esto no significa que la fricción haya desaparecido. Sólo significa que la fuerza ha superado la fricción límite. Esta fuerza de fricción en esta etapa se conoce como fricción cinética o fricción dinámica.

La fricción cinética o fricción dinámica es la fuerza opuesta que entra en juego cuando un cuerpo se mueve sobre la superficie de otro cuerpo.

Aplicación de fricción estática y cinética

Aplicaciones de la fricción estática

En los puntos siguientes se dan algunos ejemplos de fricción estática de la vida real:

• Papeles sobre una mesa
• Una toalla colgada de un perchero
• Un marcador en un libro.
• Un coche estacionado en una colina

Aplicaciones de la fricción cinética

En los puntos siguientes se dan algunos ejemplos de fricción cinética de la vida real.

• La fricción también juega un papel muy importante en acontecimientos cotidianos, como cuando se frotan dos objetos. El movimiento resultante se convierte en calor y, por tanto, en algunos casos provoca un incendio.
• También es responsable del desgaste y por eso necesitamos aceite para lubricar las piezas de las máquinas, ya que reduce la fricción.
• Cuando dos objetos se frotan entre sí, la fuerza de fricción se convierte en energía térmica, dando lugar en pocos casos a un incendio.
• La fricción cinética es responsable del desgaste de las piezas de la máquina, por lo que es importante lubricarlas con aceite.

Diferencia entre fricción estática y cinética

Problemas de muestra basados ​​en fricción estática y cinética

Pregunta 1: Un hombre empuja una caja grande de cartón con una masa de 75,0 kg por el suelo.

Solución:

El coeficiente de fricción cinética es μ._k= 0.520​

El trabajador ejerce una fuerza de 400,0 N hacia adelante.

¿Cuál es la magnitud de la fuerza de fricción?

Respuesta: En una superficie plana, la fuerza normal de un objeto se puede encontrar mediante la fórmula

h = mg

Sustituyendo el valor de η en la ecuación F_k= metro_k​ η , obtenemos

F_k= (0,520) (75,0 kg) (9,80 m/s²) = 382,2N

Pregunta 2: En la pregunta anterior, ¿calcula la fuerza neta que mueve la caja?

Solución:

La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.

En este caso, las fuerzas que actúan sobre el cuerpo son la fuerza que ejerce el hombre y la fricción cinética que actúa en sentido contrario.

Si el movimiento hacia adelante se considera positivo, entonces la fuerza neta se calcula de la siguiente manera:

F_neto=F_obrero–F_k

Sustituyendo los valores en la ecuación anterior, obtenemos

F_neto= 400 N – 382,2 N = 17,8 N

Pregunta 3: ¿Por qué el movimiento rodante experimenta fricción?

Respuesta:

En teoría, una pelota hace contacto puntual con la superficie.

Pero en realidad, la bola (y/o la superficie) se deforma debido a la carga y el área de contacto se vuelve elíptica.

En teoría, las superficies de rodadura, como las que se encuentran en la mayoría de los rodamientos lineales y giratorios (excepto los cojinetes lisos), no deberían sufrir fuerzas de fricción.

Pero en aplicaciones del mundo real, tres factores causan fricción en las superficies rodantes:

1. Microdeslizamiento entre las superficies (las superficies se deslizan entre sí)

2. Propiedades inelásticas (es decir, deformación) de los materiales.

3. Rugosidad de las superficies

Pregunta 4: 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

metro = 10 kilos

F = 15 norte

metro_s= ?

Lo sabemos,

Fuerza normal, N = mg

Entonces, N = 10× 9,81 = 98,1 N

La fórmula para el coeficiente de fricción estática es,

metro_s= 15/N

envoltorio de texto css

metro_s= 15/98.1

metro _s = 0.153

Pregunta 5: La fuerza normal y la fuerza de fricción estática de un objeto son 50 N y 80 N respectivamente. ¿Encontrar el coeficiente de fricción estática?

Solución:

Dado

norte = 50 norte

F = 80 N y μ_s= ?

La fórmula para el coeficiente de fricción estática es

metro_s= F/N

metro_s= 80/50

metro_s= 1.6

Pregunta 6: ¿Cuál es la relación entre la fricción estática y cinética?

Respuesta:

La fuerza de fricción estática mantiene en reposo un objeto estacionario. Una vez superada la fuerza de fricción estática, la fuerza de fricción cinética es lo que ralentiza un objeto en movimiento.

Pregunta 7: Un frigorífico pesa 1619 N y el coeficiente de fricción estática es 0,50. ¿Cuál es la menor fuerza que se utiliza para mover el frigorífico?

Solución:

Datos dados:

Peso del frigorífico, W=1619 N

Ancho=1619 Norte

Coeficiente de fricción estática, μ_s= 0.50

La fuerza mínima necesaria para mover el frigorífico se puede dar como,

F = metro_sEN

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 N.