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Las superficies ejercen una fuerza de fricción que resiste los movimientos de deslizamiento, y debe calcular el tamaño de esta fuerza como parte de muchos problemas de física. La cantidad de fricción depende principalmente de la "fuerza normal", qué superficies ejercen sobre los objetos que se encuentran sobre ellas, así como de las características de la superficie específica que está considerando. Para la mayoría de los propósitos, puedes usar la fórmula F = μN para calcular la fricción, con norte representando la fuerza "normal" y "μ”Incorporando las características de la superficie.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
Calcule la fuerza de fricción usando la fórmula:
F = μN
Dónde norte es la fuerza normal y μ es el coeficiente de fricción para sus materiales y si son estacionarios o móviles. La fuerza normal es igual al peso del objeto, por lo que esto también se puede escribir:
F = μmg
Dónde metro es la masa del objeto y sol es la aceleración debida a la gravedad. La fricción actúa para oponerse al movimiento del objeto.
¿Qué es la fricción?
La fricción describe la fuerza entre dos superficies cuando intentas 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, a nivel molecular, cuando presionas dos superficies juntas, las imperfecciones menores en cada superficie pueden enclavarse, y puede haber fuerzas atractivas entre las moléculas de un material y el otro. Estos factores hacen que sea más difícil pasarlos el uno al otro. Sin embargo, no trabajas a este nivel cuando calculas la fuerza de fricción. Para situaciones cotidianas, los físicos agrupan todos estos factores en el "coeficiente" μ.
Cálculo de la fuerza de fricción
La fuerza "normal" describe la fuerza sobre la cual la superficie sobre la que descansa un objeto (o se presiona) ejerce sobre el objeto. Para un objeto inmóvil en 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.
Siempre actúa perpendicular a la superficie. Esto significa que en una superficie inclinada, la fuerza normal todavía apuntaría directamente lejos de 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 por:
norte = mg
Aquí, metro representa la masa del objeto y sol representa la aceleración debida a la gravedad, que es de 9.8 metros por segundo por segundo (m / s2), o redes 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:
norte = mg cos (θ)
Con θ representando el ángulo de inclinación de 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 usted calcularía:
norte = 2 kg × 9.8 N / kg = 19.6 N
El coeficiente depende del objeto y la situación específica con la que está trabajando. Si el objeto aún no se mueve a través de la superficie, usa el coeficiente de fricción estática μestático, pero si se mueve usa el coeficiente de fricción deslizante μdiapositiva.
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 está deslizando que deslizar algo que todavía está.
Los materiales que está considerando también afectan el coeficiente. Por ejemplo, si el bloque de madera de antes estaba en una superficie de ladrillo, el coeficiente sería de 0.6, pero para madera limpia puede ser de 0.25 a 0.5. Para hielo sobre hielo, el coeficiente estático es 0.1. Nuevamente, el coeficiente de deslizamiento reduce esto aún más, a 0.03 para hielo sobre hielo y 0.2 para madera sobre madera. Busque estos para su superficie utilizando una tabla en línea (ver Recursos).
La fórmula para la fuerza de los estados de fricción:
F = μN
Para el ejemplo, considere un bloque de madera de 2 kg de masa sobre una mesa de madera, que se empuja desde la estacionaria. En este caso, utiliza el coeficiente estático, con μestático = 0.25 a 0.5 para madera. Tomando μestático = 0.5 para maximizar el efecto potencial de la fricción, y recordando el norte = 19.6 N de antes, la fuerza es:
F = 0.5 × 19.6 N = 9.8 N
Recuerde que la fricción solo proporciona fuerza para resistir el movimiento, por lo que si comienza a empujarlo suavemente y se vuelve más firme, la fuerza de fricción aumentará a un valor máximo, que es lo que acaba de calcular. Los físicos a veces escriben Fmax para aclarar este punto.
Una vez que el bloque se está moviendo, usas μdiapositiva = 0.2, en este caso:
Fdiapositiva = μdiapositiva norte
= 0.2 × 19.6 N = 3.92 N