Las superficies ejercen una fuerza de fricción que resiste los movimientos de deslizamiento y es necesario calcular el tamaño de esta fuerza como parte de muchos problemas físicos. La cantidad de fricción depende principalmente de la "fuerza normal", que las superficies ejercen sobre los objetos que se sientan sobre ellas, así como de las características de la superficie específica que está considerando. Para la mayoría de los propósitos, puede utilizar la fórmula:
para calcular la fricción, connorterepresentando la fuerza "normal" y "μ”Incorporando las características de la superficie.
La fricción describe la fuerza entre dos superficies cuando intenta mover una sobre la otra. La fuerza resiste el movimiento y, en la mayoría de los casos, la fuerza actúa en la dirección opuesta al movimiento. Abajo en el nivel molecular, cuando presionas dos superficies juntas, imperfecciones menores en cada La superficie puede entrelazarse, y puede haber fuerzas de atracción entre las moléculas de un material y el otro. Estos factores hacen que sea más difícil superarlos. Sin embargo, no trabaja a este nivel cuando calcula la fuerza de fricción. Para situaciones cotidianas, los físicos agrupan todos estos factores en el "coeficiente"
μ.La fuerza "normal" describe la fuerza que la superficie sobre la que descansa un objeto (o sobre la que se presiona) ejerce sobre el objeto. Para un objeto inmóvil sobre una superficie plana, la fuerza debe oponerse exactamente a la fuerza debida a la gravedad; de lo contrario, el objeto se movería, de acuerdo con las leyes de movimiento de Newton. La fuerza "normal" (norte) es el nombre de la fuerza que hace esto.
Actúa siempre perpendicular a la superficie. Esto significa que en una superficie inclinada, la fuerza normal aún apuntaría directamente en dirección opuesta a la superficie, mientras que la fuerza de gravedad apuntaría directamente hacia abajo.
La fuerza normal se puede describir simplemente en la mayoría de los casos mediante:
N = mg
Aquí,metrorepresenta la masa del objeto, ygramorepresenta la aceleración debida a la gravedad, que es de 9,8 metros por segundo por segundo (m / s2), o netwons por kilogramo (N / kg). Esto simplemente coincide con el "peso" del objeto.
Para superficies inclinadas, la fuerza de la fuerza normal se reduce cuanto más se inclina la superficie, por lo que la fórmula se convierte en:
N = mg \ cos {\ theta}
Conθrepresentando el ángulo al que se inclina la superficie.
Para un cálculo de ejemplo simple, considere una superficie plana con un bloque de madera de 2 kg sobre ella. La fuerza normal apuntaría directamente hacia arriba (para soportar el peso del bloque) y calcularía:
N = 2 \ times 9,8 = 19,6 \ text {N}
El coeficiente depende del objeto y la situación específica con la que está trabajando. Si el objeto aún no se mueve por la superficie, usa el coeficiente de fricción estáticaμestático, pero si se está moviendo, usa el coeficiente de fricción por deslizamientoμdiapositiva.
Generalmente, el coeficiente de fricción por deslizamiento es menor que el coeficiente de fricción estática. En otras palabras, es más fácil deslizar algo que ya se está deslizando que deslizar algo que está quieto.
Los materiales que está considerando también afectan el coeficiente. Por ejemplo, si el bloque de madera de antes estaba sobre una superficie de ladrillo, el coeficiente sería 0,6, pero para madera limpia puede estar entre 0,25 y 0,5. Para hielo sobre hielo, el coeficiente estático es 0,1. Nuevamente, el coeficiente de deslizamiento lo reduce aún más, a 0.03 para hielo sobre hielo y 0.2 para madera sobre madera. Busque estos para su superficie usando una tabla en línea (ver Recursos).
La fórmula para la fuerza de fricción establece:
F = \ mu N
Por ejemplo, considere un bloque de madera de 2 kg de masa sobre una mesa de madera, empujado desde una posición estacionaria. En este caso, usa el coeficiente estático, conμestático = 0,25 a 0,5 para madera. Tomandoμestático = 0.5 para maximizar el efecto potencial de la fricción, y recordando elnorte = 19,6 N de antes, la fuerza es:
F = 0.5 \ times19.6 = 9.8 \ text {N}
Recuerde que la fricción solo proporciona fuerza para resistir el movimiento, por lo que si comienza a empujarlo suavemente y obtiene más firme, la fuerza de fricción aumentará hasta un valor máximo, que es lo que acaba de calcular. Los físicos a veces escribenFmax para aclarar este punto.
Una vez que el bloque se mueve, usaμdiapositiva = 0,2, en este caso:
F_ {diapositiva} = \ mu_ {diapositiva} N = 0.2 \ times 19.6 = 3.92 \ text {N}
