Fricción: Qué es y cómo funciona [Tipos y medidas]

¿Qué es la fricción?

Todo objeto en movimiento experimenta fricción. La fricción es la fuerza que resiste el deslizamiento de un objeto contra otro. La fricción hace que los objetos disminuyan su velocidad y finalmente dejen de moverse. La fricción no siempre es mala; permite que personas y objetos se muevan contra una superficie, como caminar o conducir. Sin fricción el movimiento no sería posible en la Tierra.

¿Cómo funciona la fricción?

Imagínese un libro sobre una mesa: actualmente está en reposo. Aplicas una fuerza al libro, un empujón, y comienza a deslizarse por la mesa. Finalmente, el libro se detiene. Esto se debe a la fuerza de fricción. La fuerza de fricción funciona aplicando una fuerza igual en la dirección opuesta al objeto en movimiento. Como puede ver en el diagrama, la fricción se mueve en dirección opuesta a la fuerza del empuje. La fricción disminuirá y finalmente impedirá que el libro siga deslizándose.

Causas de la fricción

Los científicos no están completamente seguros, pero se cree que la fricción es causada por la interacción de protuberancias microscópicas en la superficie de los objetos cuando se frotan entre sí. Incluso las superficies más lisas están formadas por partículas que se pegan por encima del resto. Estos puntos altos se tocan y rozan entre sí a medida que los objetos se mueven provocando resistencia. Es esta resistencia al movimiento la que provoca que se produzca la fricción.

Tipos de fricción

La fricción se puede dividir en tres tipos principales: fricción por deslizamiento, fricción por fluido y fricción por rodadura. La determinación del tipo de fricción depende de los objetos que se mueven y de la fuerza que se les aplica.

Fricción de deslizamiento

La fricción por deslizamiento ocurre cuando dos objetos se deslizan uno contra el otro, como en el ejemplo del libro sobre la mesa. La fricción por deslizamiento se produce porque los dos objetos están en contacto entre sí y se mueven en direcciones opuestas. La fricción entre las superficies de los dos objetos provoca resistencia y eventualmente hará que disminuyan la velocidad y se detengan.

Otro ejemplo de fricción por deslizamiento es cuando juegas air hockey. Cuando golpeas el disco contra la paleta, se mueve en la dirección de la fuerza. A medida que el disco viaja, está en contacto con la superficie de la mesa de air hockey que aplica fricción al disco. Si no se aplica suficiente fuerza, la fricción hará que el disco se detenga antes de alcanzar su objetivo previsto.

Fricción de fluidos

La fricción de fluidos ocurre dentro de capas de un fluido, como aire, agua y aceite. La fricción del fluido es causada por las capas internas del fluido que se mueven entre sí. Un objeto que cae por el cielo, como una pelota que ha sido lanzada, es un ejemplo de un tipo de fricción de fluido llamado resistencia del aire. A medida que la pelota viaja por el aire, el aire aplica una fuerza de fricción contra la pelota en la dirección opuesta.

Otro ejemplo de fricción de fluidos es saltar a una piscina. Cuando entras al agua, el agua te aplica fricción en la dirección opuesta. Por eso hay que saltar con más fuerza, o desde superficies más altas, para adentrarse más en el agua.

Fricción rodante

La fricción por rodadura es el tipo más débil de fricción y es causada por un objeto, como una rueda o una bola, que rueda sobre una superficie. Cuando un automóvil circula por la carretera, los neumáticos experimentan fricción de rodadura. A medida que cada neumático rueda sobre la superficie de la carretera, las partículas verticales hacen contacto y hacen que el automóvil disminuya la velocidad. Si la fuerza que se aplica al automóvil se detiene, el automóvil también lo hará.

Medición de la fricción

La fricción se mide mediante fórmulas según el tipo de fuerza de fricción que se aplica. Las superficies sólidas pueden experimentar dos tipos de fuerza de fricción: fricción cinética o fricción estática.

Friccion kinetica

La fricción cinética es la fuerza que se produce entre dos objetos en movimiento, como en el ejemplo del libro que se desliza sobre la mesa. Se debe a que ambos objetos están en movimiento y se aplican fuerzas opuestas entre sí.

Imagínate frotarte las manos: cuanto más las aprietas, más difícil se vuelve. Esto se debe a que estás aumentando la fricción cinética. Aumentar la cantidad de fuerza que se aplica es una forma de aumentar la fricción cinética. Diferentes superficies también provocan un aumento de la fricción cinética. Las superficies con superficies más rugosas, como el césped, requerirán una mayor cantidad de fuerza para poder mover una pelota a través de ellas que una superficie lisa, como una carretera.

Para determinar la cantidad de fuerza cinética, puede utilizar la fórmula de la fuerza de fricción cinética. La fórmula de la fuerza de fricción cinética es {eq}F(f, cinética) = \mu(k) * F(N) {/eq} y muestra la relación entre la fuerza normal aplicada y el coeficiente de fricción cinética.

Fricción estática

La fricción estática es la fuerza entre dos superficies inmóviles que impiden que se deslicen. Evita que un objeto, como un automóvil, ruede cuesta abajo cuando está estacionado. La fricción estática también permite a las personas correr, al crear fricción entre los zapatos y el suelo debajo de ellos. La fricción estática está asociada con objetos estacionarios porque es esta fuerza la que debe contrarrestarse para que el objeto se mueva.

Calcular la cantidad de fuerza necesaria para superar la fuerza de fricción estática es más complicado que encontrar la fuerza cinética. Esto se debe al hecho de que la fuerza de fricción estática aumenta cuanto más fuerza se le aplica. Por ejemplo, si intentas mover una mesa deslizándola por el suelo, es exponencialmente más difícil deslizarla cuando hay cajas apiladas encima. El peso adicional agrega fuerza estática adicional, que luego requiere aún más fuerza para superarla.

La fórmula de la fuerza de fricción estática es {eq}F(f, static)= \mu(s) * F(N) {/eq} y muestra la fuerza de fricción estática máxima que se debe superar para que el objeto se mueva.

Medición del coeficiente de fricción

A la hora de determinar la medición de la fricción, el tipo de superficie juega un papel muy importante. Por ejemplo, una persona que se desliza por una colina nevada en un trineo de plástico viajará exponencialmente más lejos que una persona que se desliza con jeans. Esto se debe a que el trineo de plástico tiene una superficie más lisa y, por lo tanto, crea una menor cantidad de fricción estática. La presencia de nieve también contribuye a que la fuerza de fricción sea menor. Andar en trineo sobre una colina cubierta de hierba seca no provocaría el movimiento rápido del trineo sobre la colina nevada. Esto se debe al aumento de la fricción provocada por las briznas de hierba.

Puedes ver el coeficiente de fricción estática y cinética de varias superficies en la tabla. Los coeficientes muestran con qué fuerza o facilidad se deslizará una superficie contra otra.

Ejemplos de fricción

• La fricción es una fuerza muy útil para vivir en la Tierra. Permite a las personas realizar una variedad de actividades como conducir un automóvil. La fricción de rodadura ayuda con la rotación de los neumáticos permitiendo que el automóvil se mueva, mientras que la fricción de deslizamiento le da el poder de detenerse aplicando los frenos.
• Muchos deportes se crearon aprovechando el poder de la fricción. Los patinadores sobre hielo pueden disminuir la cantidad de fricción que experimentan mediante el uso de patines para hielo que reducen la cantidad de superficie que toca el hielo. Esta fricción deslizante les permite deslizarse con gracia a lo largo de la superficie.
• La fricción también puede tener efectos negativos, como el desgaste de las piezas metálicas del motor. Para reducir este efecto, los fabricantes de motores utilizan rodamientos de bolas. Los rodamientos de bolas utilizan la fricción de rodadura para reducir la cantidad de fuerza necesaria para hacer que un objeto se mueva. Agregar un lubricante como aceite o grasa también reduce los efectos de la fricción a largo plazo.

Resumen de la lección

La fricción es la fuerza de resistencia contra dos objetos que se deslizan entre sí y es igual a la cantidad de fuerza que se aplica al objeto. Sin fricción, el movimiento en la Tierra no sería posible. Esta fuerza de fricción hace que los objetos se desaceleren y finalmente se detengan debido a la interacción de partículas microscópicas en la superficie del objeto. La fricción se puede dividir en tres tipos principales: fricción por deslizamiento, fricción por fluido y fricción por rodadura. La fricción por deslizamiento ocurre cuando dos objetos se deslizan uno contra el otro, como un libro que se desliza sobre una mesa. La fricción de un fluido ocurre dentro de las capas de un fluido, como la resistencia del aire, como un objeto que cae del cielo. La fricción por rodadura es causada por un objeto que rueda sobre una superficie, como un neumático de bicicleta que rueda por la carretera y es el tipo de fricción más débil.

La fricción se mide en términos de fricción cinética y estática. La fricción cinética es la fuerza que se produce entre dos objetos en movimiento y la fricción estática es la fuerza entre dos superficies inmóviles que impiden que se deslicen. El tipo de superficie y la cantidad de fuerza que se aplica son coeficientes que se utilizan para determinar la cantidad de fuerza de fricción.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador