Fricción cinética: definición y fórmula
La fricción cinética , también conocida como fricción por deslizamiento o fricción en movimiento, es la cantidad de fuerza retardadora entre dos objetos que se mueven entre sí. Esto es importante para comprender el coeficiente de fricción cinética , que es la proporción que se obtiene cuando se toma la fuerza de tracción necesaria para mantener un objeto en movimiento y se divide por la fuerza que mantiene unidas las dos superficies deslizantes. Este coeficiente es específico de los materiales involucrados en las superficies de contacto. Una superficie más rugosa tendrá un coeficiente más alto.
La ecuación que le ayuda a encontrar el coeficiente de fricción cinética es la siguiente:
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La fuerza normal es la cantidad de fuerza perpendicular a las superficies que están en contacto, o la fuerza que mantiene unidos los objetos. Y la fuerza de fricción cinética es la cantidad de fuerza necesaria para mantener los dos objetos en movimiento uno respecto al otro. La fuerza de fricción cinética actúa en dirección opuesta al movimiento de los dos objetos.
Para un objeto en reposo sobre una superficie plana, sin ninguna otra fuerza que actúe sobre él, la fuerza normal sería la fuerza de gravedad sobre el objeto, o el peso del objeto. Esta fuerza se calcula multiplicando la masa del objeto por la aceleración de la gravedad (N = mg). Dos cubos que se encuentran uno al lado del otro sobre una superficie plana con las caras en contacto tendrían una fuerza normal de cero porque no hay fuerza que mantenga juntas las dos superficies.
Fricción en un plano inclinado
Para la fricción en superficies que están niveladas, la fuerza normal es la siguiente:
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En el diagrama que está viendo en la pantalla, el objeto está en reposo, no tiene fuerzas externas que actúen sobre él. Dependiendo de otras fuerzas, la fuerza normal puede cambiar de magnitud o la fuerza de fricción puede actuar en la dirección opuesta.
N = Fuerza normal (esta es la fuerza hacia arriba y hacia la derecha ejercida por la superficie y la fuerza hacia abajo y hacia la izquierda ejercida por el objeto)
m (g) = fuerza de gravedad
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Ejemplo 1: superficie plana
Maggie acaba de completar un experimento de fricción física con los siguientes datos:
Material del objeto: caucho
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Material de la superficie: tablero de madera
Masa del objeto arrastrado = 2,11 kg
Fuerza requerida para mantener el objeto en movimiento (promedio de 10 lecturas) = 12.6 Newtons
El objeto fue tirado sobre una superficie nivelada.
La aceleración aceptada de la gravedad en esta ubicación es de 9,82 m / s / s
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¿Cual es el coeficiente de la fricción kinética? Usando la fórmula de la fricción cinética podemos calcular lo siguiente:
Coeficiente de fricción cinética = (12,6 N) / (2,11 kg) (9,82 m / s / s) = 0,608
Ejemplo 2: hacia abajo en un plano inclinado
Maggie prepara su experimento con un ángulo de 30 grados desde la horizontal y luego mide la fuerza necesaria para mantener el objeto en movimiento hacia abajo de la tabla de madera. ¿Espera que sea mayor o menor que los 12,6 Newton del primer experimento? Para calcular esto, debemos pensar en todas las fuerzas que actúan sobre este objeto, tanto perpendiculares a las superficies como paralelas a las superficies.
Perpendicular: la única fuerza que actúa perpendicular a la superficie es la fuerza normal.
Fuerza normal = mg cos (30) = (2,11 kg) (9,82 m / s / s) (0,866) = 17,9 N
Paralelo: hay gravedad actuando cuesta abajo, así como la fuerza que Maggie aplica al bloque de goma y la fuerza de fricción cinética que actúa cuesta arriba.
Gravedad, actuando cuesta abajo = mg sen (30) = (2,11 kg) (9,82 m / s / s) (0,5) = 10,4 N
Fuerza de fricción cinética, actuando en sentido opuesto a la dirección del movimiento = (fuerza normal) (coeficiente de fricción cinética) = (17,9 N) (0,608) = 10,9 N
Se aplica la fuerza Maggie: para mantener el bloque en movimiento cuesta abajo, las fuerzas aquí deben equilibrarse. Por lo tanto, la fuerza que aplica Maggie debe ser la diferencia entre la fricción cinética que actúa cuesta arriba y la gravedad que actúa cuesta abajo.
= 10,9 N – 10,4 N = 0,5 N
El resultado experimental de Maggie está relativamente cerca del teórico que calculamos.
Ejemplo 2.5 – Arriba en un plano inclinado
Podemos usar exactamente el mismo razonamiento y cálculos en este caso que en el ejemplo cuesta abajo. Las principales diferencias son que ahora la gravedad y la fricción actúan cuesta abajo, y la fuerza aplicada de Maggie actúa cuesta arriba. Entonces, la nueva fuerza calculada de Maggie sería la suma de estos dos: 10,9 N + 10,4 N = 21,3 N
Por lo tanto, este bloque es más del doble de difícil de levantar la pendiente que en una superficie nivelada.
Resumen de la lección
Primero, debemos recordar que la fricción cinética , también conocida como fricción por deslizamiento o fricción en movimiento, es la cantidad de fuerza retardadora entre dos objetos que se mueven entre sí. Entonces podemos entender el coeficiente de fricción cinética , que se calcula dividiendo la fuerza de fricción cinética por la fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies. La ecuación que le ayuda a encontrar el coeficiente de fricción cinética es la siguiente:
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La fuerza normal es la cantidad de fuerza perpendicular a las superficies que están en contacto, o la fuerza que mantiene unidos los objetos. Y la fuerza de fricción cinética es la cantidad de fuerza necesaria para mantener los dos objetos en movimiento uno respecto al otro.
Se espera que este coeficiente de fricción cinética sea mayor que cero para la mayoría de situaciones macroscópicas y puede ser mucho mayor que uno si las superficies son especialmente rugosas. Los problemas en una superficie plana son bastante sencillos, mientras que los problemas de fricción inclinada son más complicados. Esto último requiere que piense en las fuerzas que actúan sobre el objeto que son paralelas y perpendiculares a las superficies. Finalmente, recuerde que el coeficiente de fricción por deslizamiento requerido por la gravedad para mantener un objeto deslizándose por la superficie de manera constante es 1.
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