¿Qué es la fricción?
Quieres mover una caja por el suelo de tu habitación, así que le das un fuerte empujón y luego la sueltas. Espera que continúe hasta el otro lado de la sala porque aprendió en la clase de física que una vez que un objeto está en movimiento, continuará moviéndose en línea recta a velocidad constante hasta que sea actuado por otra fuerza (en otras palabras, la primera ley del movimiento de Newton). Sin embargo, ¡eso no es lo que pasó! Una vez que lo soltó, la caja disminuyó la velocidad y se detuvo. ¿Significa esto que la Primera Ley de Newton no es cierta? No, solo significa que hay alguna otra fuerza invisible que actúa sobre la caja: una fuerza de fricción, que la ralentiza y finalmente hace que se detenga. También hay otros tipos de fricción, como la fricción de fluidos y la fricción de rodadura, pero en esta lección, principalmente veremos la fuerza de fricción entre dos superficies sólidas que intentan deslizarse una sobre otra, una fuerza llamada fricción por deslizamiento.
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Hay cinco leyes que le ayudan a comprender y calcular las fuerzas de fricción por deslizamiento. Les echaremos un vistazo ahora.
La primera ley de la fricción
La primera ley de la fricción dice que la cantidad de fricción es proporcional a la fuerza normal ejercida entre las superficies. ¿Qué es exactamente una fuerza normal? La fuerza normal ( N ) es una fuerza de apoyo que se ejerce sobre el objeto por la superficie sobre la que está sentado. Es la fuerza que evita que se caiga de la silla cuando se sienta. La fuerza normal puede cambiar según el peso del objeto y el ángulo de la superficie en la que se encuentra (si la superficie no es plana).
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A medida que aumenta la fuerza normal, la fuerza de fricción también aumenta proporcionalmente. Por eso es más difícil empujar objetos pesados que objetos livianos.
La segunda ley de la fricción
Aunque la fuerza de fricción depende de la fuerza normal, la segunda ley de fricción dice que la fuerza de fricción NO depende del área de contacto entre el objeto y la superficie. Imagínese si gira una caja de modo que menos de ella toque el suelo. ¿Cambiaría eso la fuerza normal? ¡No! La caja todavía pesa lo mismo, por lo que la fuerza normal no cambia, incluso si lo hace el área de contacto.
¿Cuáles son las Leyes de Newton?
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La tercera ley de la fricción
La tercera ley de la fricción dice que, además de la fuerza normal, la fuerza de fricción también depende del tipo de superficies en contacto. Por ejemplo, sabe que si intenta empujar una caja pesada por un piso alfombrado, será más difícil empujarla que si la empujara por un piso liso. Esto se debe a que la fuerza de fricción entre la caja y la alfombra rugosa es mucho mayor que la fuerza de fricción entre la caja y el piso liso. Para medir cuantitativamente el efecto de diferentes superficies sobre la fuerza de fricción, puede calcular el coeficiente de fricción. El coeficiente de fricción es un número que no tiene unidades que dependen de la rugosidad de las dos superficies en contacto. El símbolo del coeficiente de fricción es la letra griega mu, y suele oscilar entre 0-1. Las superficies lisas tendrán un coeficiente de fricción más cercano a cero, y las superficies rugosas tendrán un coeficiente de fricción más cercano a uno.
Las leyes cuarta y quinta de la fricción
En realidad, hay dos coeficientes de fricción diferentes para dos superficies en contacto entre sí. El coeficiente de fricción estática es el coeficiente entre las superficies que NO se mueven entre sí, mientras que el coeficiente de fricción cinética es el coeficiente entre dos superficies que ya se están deslizando. Probablemente haya notado que cuando intenta empujar un objeto pesado, siempre es más difícil hacer que comience a moverse que mantenerlo en movimiento. Esto se debe a que el coeficiente de fricción estática es siempre un poco más alto que el coeficiente de fricción cinética, que es la cuarta ley de la fricción. Como puede ver ahora en su pantalla (abajo), no importa si la superficie es rugosa o lisa, la fricción estática es mayor que la cinética. Estos son algunos coeficientes de fricción comunes para superficies rugosas y lisas:
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Finalmente, la quinta ley de la fricción dice que la velocidad a la que se mueve el objeto NO cambia la cantidad de fricción. Mientras se mueva, la fuerza de fricción cinética es siempre la misma. Ahora que sabemos qué cosas afectan la fuerza de fricción entre dos superficies, veamos cómo calcular realmente la fuerza de fricción.
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Si un objeto no se está moviendo, la fuerza de fricción estática será lo suficientemente grande para equilibrar la fuerza aplicada y evitar que el objeto se mueva. Es por eso que la fricción estática es siempre menor o igual que el coeficiente de fricción estática multiplicado por la fuerza normal. Si un objeto se está moviendo, la fuerza de fricción cinética es siempre constante e igual a la fuerza normal multiplicada por el coeficiente de fricción cinética.
Resumen de la lección
Repasemos lo que hemos aprendido. Las fuerzas de fricción se ejercen entre dos superficies que se deslizan una sobre la otra. Evitan que los objetos se muevan y ralentizan los objetos en movimiento. Las cinco leyes de la fricción le ayudan a comprender y calcular las fuerzas de fricción:
Ley de Proporciones Múltiples (Dalton)
- Primera ley de fricción: la cantidad de fricción es proporcional a la fuerza normal ejercida entre las superficies.
- Segunda ley de la fricción: la fricción no depende del área de contacto entre el objeto y la superficie.
- Tercera ley de la fricción: la fuerza de fricción también depende de la naturaleza de las superficies en contacto.
- Cuarta ley de fricción: el coeficiente de fricción estática es siempre un poco más alto que el coeficiente de fricción cinética.
- Quinta ley de la fricción: la velocidad a la que se mueve el objeto NO cambia la cantidad de fricción.
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