¿Qué es la fricción? – Definición, fórmula y fuerzas

Publicado el 16 septiembre, 2020

¿Qué es la fricción?

Para detener un objeto en movimiento, una fuerza debe actuar en la dirección opuesta a la dirección del movimiento. Por ejemplo, si empuja su libro sobre su escritorio, el libro se moverá. La fuerza del empuje mueve el libro. A medida que el libro se desliza por el escritorio, se ralentiza y deja de moverse. La fuerza que se opone al movimiento de un objeto se llama fricción .

Fuerzas y movimiento

libro deslizante

Mira este diagrama. Al principio, el libro está en reposo. Un empujón hace que el libro se deslice por el escritorio. La fuerza del empuje (F grande) mantiene el libro en movimiento. Cuando el libro se desliza cruzando el escritorio, una fuerza de fricción (f) actúa en la dirección opuesta. La fricción ralentiza el movimiento del libro. Finalmente, el libro vuelve a estar en reposo.

Tipos de fricción

tipos de fricción

Existen diferentes tipos de fricción. Un libro que se mueve sobre el escritorio es un ejemplo de fricción deslizante . Cuando el libro se desliza por el escritorio, la parte inferior del libro toca el escritorio. La fuente de la fricción es el contacto entre la superficie del libro y el escritorio. El peso del objeto y el tipo de superficie sobre la que se mueve determinan la cantidad de fricción deslizante presente entre los dos objetos. Un objeto pesado ejerce más presión sobre la superficie sobre la que se desliza, por lo que la fricción de deslizamiento será mayor.

El aire, el agua y el aceite son todos fluidos. La resistencia del aire es un tipo de fricción fluida . Cuando un objeto cae, la resistencia del aire empuja hacia arriba el objeto.

Cuando montas en bicicleta, el contacto entre la rueda y la carretera es un ejemplo de fricción por rodadura . Cuando un objeto rueda sobre una superficie, la fuerza necesaria para superar la fricción de rodadura es mucho menor que la necesaria para superar la fricción de deslizamiento.

Friccion kinetica

Cuando movió su libro por el escritorio, el libro experimentó un tipo de fricción que actúa sobre los objetos en movimiento. Esta fuerza se conoce como fuerza de fricción cinética . Se ejerce sobre una superficie por otra cuando las dos superficies rozan entre sí porque una o ambas superficies se mueven. Si apila libros adicionales sobre el primer libro para aumentar la fuerza normal, la fuerza de fricción cinética aumentará. Veamos la fórmula de la fuerza de fricción cinética .

Existe una relación lineal entre la fuerza de fricción cinética y la fuerza normal. El coeficiente de fricción cinética relaciona la fuerza de fricción con la fuerza normal. La fuerza de fricción cinética (F (f, cinética)) es igual al producto del coeficiente de fricción cinética (µ (k)) y la fuerza normal (F (N)). F (f, cinético) = µ (k) * F (N)

fuerzas de fricción

Fricción estática

Imagínese tratando de empujar un sofá por el suelo. Lo empuja con una pequeña fuerza, pero no se mueve. Esto se debe a que no acelera. Las leyes de Newton le dicen que la fuerza neta sobre el sofá debe ser cero. Debe haber una segunda fuerza horizontal actuando sobre el sofá, una que se oponga a su fuerza y ​​que tenga el mismo tamaño. Esta fuerza es la fuerza de fricción estática , que es la fuerza ejercida sobre la superficie por otra cuando no hay movimiento entre las dos superficies.

La fuerza de fricción estática actúa en respuesta a una fuerza que intenta hacer que un objeto estacionario comience a moverse. Si no existe tal fuerza actuando sobre un objeto, la fuerza de fricción estática es cero. Si hay una fuerza que intenta provocar el movimiento, la fuerza de fricción estática aumentará hasta un valor máximo antes de que se supere y comience el movimiento.

Ahora veamos la fórmula de la fuerza de fricción estática . La fuerza de fricción estática (F (f, estática)) es menor o igual que el producto del coeficiente de fricción estática (µ (s)) y la fuerza normal (F (N)).

fórmula de fricción estática

La fuerza de fricción estática máxima se relaciona con la fuerza normal de manera similar a la fuerza de fricción cinética. En la ecuación para la fuerza de fricción estática máxima , µ (s) es el coeficiente de fricción estática entre dos superficies. La fuerza de fricción estática máxima que debe superarse antes de que pueda comenzar el movimiento es µ (s) * F (N). En el ejemplo de empujar el sofá, la fuerza máxima de fricción estática equilibra la fuerza de la persona que empuja el sofá en el instante antes de que el sofá comience a moverse.

Medición de coeficientes de fricción

¿De qué depende una fuerza de fricción? Los materiales de los que están hechas las superficies juegan un papel importante. Por ejemplo, imagine que intenta jugar al baloncesto con calcetines en lugar de zapatos deportivos. Te resbalarías y deslizarías por toda la cancha de baloncesto. Los zapatos ayudan a proporcionar las fuerzas necesarias para cambiar rápidamente de dirección mientras corres por la cancha. Hay más reacción entre sus zapatos y el concreto que entre sus calcetines y un piso de madera pulida.

Esta tabla muestra los coeficientes de fricción estática (µ (s)) y los coeficientes de fricción cinética (µ (k)) entre varias superficies. Los coeficientes de fricción muestran la facilidad con la que un objeto puede deslizarse contra otro. Estos coeficientes son estimaciones para cada combinación de superficies. Las mediciones exactas de los coeficientes de fricción son bastante sensibles a las condiciones de las superficies y se determinan experimentalmente.

coeficientes de fricción caption =

Otro dato importante de la mesa es que todas las medidas se realizaron en superficies secas (a excepción del acero aceitado). Las superficies mojadas se comportan de manera bastante diferente a las superficies secas.

Causas de la fricción

Todas las superficies, incluso aquellas que parecen lisas, son rugosas a un nivel microscópico. Si observa una fotografía de un cristal de grafito magnificada por un microscopio de túnel de barrido, se revelan las irregularidades de la superficie del cristal a nivel atómico. Cuando dos superficies se tocan, los puntos altos de cada una están en contacto y se unen temporalmente. Este es el origen de la fricción. Los detalles de este proceso aún se desconocen y son objeto de investigación tanto en física como en ingeniería.

Ejemplos de fricción

Ya hemos pasado por algunos ejemplos de fricción; dijimos que cuando hay un contacto entre la superficie del libro en movimiento y el escritorio, se produce la fricción. ¿Cuáles son algunos otros ejemplos y usos de la fricción? En la tierra, la fricción puede ser muy útil. Cuando montas en bicicleta, la fricción entre la carretera y las ruedas de la bicicleta mantiene la bicicleta en movimiento. Sin fricción, no podría mover la bicicleta. Si lo moviera, no podría detenerlo. Lo mismo se aplica a los coches, trenes e incluso a sus propios pies.

Un deporte de invierno popular en muchas partes del país es el patinaje sobre hielo. Cuando patinas sobre hielo, la fricción de deslizamiento entre los patines y el hielo es muy baja y te permite moverte por el hielo. Demasiada fricción le impediría moverse lo suficientemente rápido como para mantener el equilibrio.

A veces, la fricción no ayuda. Por ejemplo, las partes metálicas siempre se tocan en el motor de un automóvil. Demasiada fricción entre las piezas metálicas desgasta las piezas y sobrecalienta el motor. Las piezas gastadas pueden resultar caras y peligrosas. Se utilizan varias técnicas para reducir la fricción en las piezas de la máquina. Una técnica consiste en utilizar rodamientos de bolas. Un rodamiento de bolas es una bola redonda y lisa colocada entre dos superficies en una máquina. La bola rueda cuando las superficies se mueven una al lado de la otra. La fricción se dirige a las superficies muy pequeñas de las bolas rodantes en lugar de directamente a las dos superficies más grandes. La fricción se reduce porque hay menos área en contacto con una bola rodante.

Imagínese dos libros frotándose unos contra otros. Las cubiertas de los libros se desgastarán debido a la fricción. Si coloca varias canicas entre los dos libros, aún pueden deslizarse una al lado de la otra. Las canicas reducen la fricción, por lo que las fundas no se desgastarán tan rápido.

Por lo general, los rodamientos de bolas se utilizan en juegos. Algunos están sellados en una pieza. Algunos están engrasados ​​para reducir aún más la fricción. Probablemente use algo que tenga rodamientos de bolas. Los patines y ruedas de monopatín, las bicicletas y las piezas de automóvil utilizan cojinetes de bolas para reducir la fricción.

Otro método para controlar la fricción es utilizar fluidos. El fluido puede ser un líquido o un gas, como aire, atrapado entre las piezas de la máquina. El fluido evita que las superficies entren en contacto directo y reduce la fricción. El aceite del motor de un automóvil reduce el desgaste de las piezas del motor.

Resumen de la lección

Revisemos. Para detener un objeto en movimiento, una fuerza debe actuar en la dirección opuesta a la del movimiento. La fricción es una fuerza que se opone al movimiento de un objeto. Hay diferentes tipos de fricción, como fricción estática , fluida y de rodadura . Medimos la fricción en términos de fricción cinética y fricción estática. La fricción hace posible el movimiento (¡y la detención!), Pero la fricción a veces también puede ser un problema debido al desgaste.

Los resultados del aprendizaje

Esta lección te preparó para:

  • Definir y discutir la fricción
  • Nombrar y describir los tres tipos de fricción.
  • Utilice fórmulas específicas para equiparar la fuerza de fricción estática y la fuerza de fricción cinética
  • Describir formas de controlar la fricción.

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