01/10/2013

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FRICCIÓN.

• Siempre que se quiere desplazar un cuerpo que está en

contacto con otro se presenta una fuerza llamada fricción que

se opone en su deslizamiento.

• La fricción es una fuerza tangencial, paralela a las superficies

que están en contacto. Existen dos clases de fuerzas de

fricción: estática y dinámica o de movimiento.

• La fuerza de fricción estática es la reacción que presenta un

cuerpo en reposo oponiéndose a su deslizamiento sobre otra

superficie.

• La fuerza de fricción dinámica tiene un valor igual a la que se

requiere aplicar para que un cuerpo se deslice a velocidad

constante sobre otro.

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• La fuerza de fricción estática será en cualquier situación un

poco mayor que la de fricción dinámica, ya que se requiere

aplicar más fuerza para lograr que un cuerpo inicie su

movimiento, que la necesaria para que lo conserve después a

velocidad constante.

• Un experimento sencillo para estudiar las características de la

fricción consiste en colocar sobre una mesa horizontal un bloque de

peso conocido, al cual se le ata un hilo, mismo que tiene en su otro

extremo un dinamómetro como se ve en la figura.

• Se jala poco a poco el dinamómetro y se observa que la fuerza

aplicada por la mano va aumentando hasta que llega un momento

en que se incrementa un poco más, el bloque comenzará a

deslizarse sobre la superficie. Por lo tanto observamos que la fuerza

de fricción estática no es constante, sino a medida que jalamos el

cuerpo aumenta. La fuerza máxima estática (Fme) se alcanza un

instante antes de que el cuerpo inicie su deslizamiento.

N

P

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• Si le colocamos al bloque una pesa encima, cuyo valor sea

igual al peso del bloque, tendremos que al aumentar el peso

se ejercerá sobre la mesa una mayor acción y como reacción,

el valor de la normal (N) será igual al peso del bloque más el

de la pesa. Si ahora jalamos nuevamente el sistema bloque-

pesa se observará que el dinamómetro señala una fuerza

máxima estática al doble que cuando tenía al bloque solo. Si

se triplica el peso del bloque la normal también se triplicará y

la fuerza máxima estática registrada en el dinamómetro

señalará el triple.

• Por lo anterior, podemos concluir que la fuerza máxima

estática (Fme) es directamente proporcional a la fuerza

normal que tiende a mantener unidas ambas superficies

debido al peso.

Fme = μeN.

Donde Fme = Fuerza máxima de fricción estática en Newtons (N).

N = Fuerza normal que tiende a mantener unidas las superficies

en contacto debido al peso en Newtons (N).

μe = Constante de proporcionalidad llamada coeficiente de

fricción estático, sin unidades.

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• Si de la ecuación anterior despejamos μe tenemos;

μe = Fme/N. (adimensional).

• Por definición el coeficiente de fricción estático es la relación

entre la fuerza máxima de fricción estática y la normal. Como

se observa, es adimensional, o sea que carece de unidades, ya

que es el resultado de dividir 2 fuerzas.

• Para estudiar ahora la fuerza de fricción dinámica (Fd) le quitamos

las pesas al bloque a fin de registrar la fuerza que se necesita para

moverlo con velocidad constante. Observaremos que la fuerza de

fricción dinámica actuará siempre en la misma dirección pero en

sentido contrario al movimiento del bloque, es decir en sentido

contrario a la velocidad, provocando una aceleración negativa y

consecuentemente un frenado. Una vez iniciado el movimiento, la

fuerza de fricción dinámica que se mantiene constante,

independientemente de que la velocidad sea grande o pequeña. Si

se aumenta el peso del bloque al doble y al triple se observa

también que la fuerza de fricción dinámica es directamente

proporcional a la normal entre las superficies, por lo que puede

escribirse:

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• Fd = μdN

donde: Fd = fuerza de fricción dinámica en Newtons (N).

N = fuerza normal entre las superficies debido al peso en Newtons. (N)

μd = coeficiente de fricción dinámico, sin unidades.

Al despejar μd tenemos:

μd = Fd/N (adimensional).

Por definición, el coeficiente de fricción dinámico es la relación entre

la fuerza de fricción dinámica y la fuerza normal que tiende a

mantener unidas dos superficies.

• Al continuar con nuestro experimento podemos cambiar la

superficie por la que se deslice el bloque, colocando una placa

de vidrio, una cartulina, una tela, o una placa metálica.

Observaremos que la fricción depende del grado de rugosidad

de la superficie, es decir que en las superficies lisas la fricción

es menor.

• Finalmente, apoyamos el bloque sobre una de sus caras de

menor área y comprobaremos que la fuerza de fricción es

prácticamente independiente de la superficie de

deslizamiento, por lo tanto obtendremos aproximadamente

los mismos valores de la fuerza de fricción para un cuerpo que

se desliza sobre una superficie plana, si es arrastrada por

cualquiera de sus caras.

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Ejemplos

• 1.- Un instante antes de que una viga de madera de 490

Newtons comience a deslizarse sobre una superficie

horizontal de cemento, se aplica una fuerza máxima de

fricción estática de 392 N. Calcular el coeficiente de fricción

estática entre la madera y el cemento.

• 2.- Para que un bloque de madera de 60 N iniciara su

deslizamiento con una velocidad constante sobre una mesa de

madera, se aplicó una fuerza de 21 N. Calcular el coeficiente

de fricción dinámico entre las dos superficies.

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• 3.- Calcular la fuerza que se necesita aplicar a un cuerpo de

500 N para deslizarlo horizontalmente con una velocidad

constante sobre una superficie cuyo coeficiente de fricción

dinámico es de 0.4.