5.3 LEYES DE FRICCIÓN Las leyes de la fricción seca se pueden ejemplificar mediante el siguien-te experimento. Un bloque de peso W se coloca sobre una superficie horizontal plana Las fuerzas que actúan sobre el bloque son su peso W y la reacción de la superficie. Como el peso no tiene una componente horizontal, la reacción de la superficie tampoco la tie-ne; por tanto, la reacción es normal a la superficie y está representada por N N . Ahora, suponga que se aplica sobre el bloque una fuerza horizontal P Si P es pequeña, el bloque no se moverá; por tanto, debe existir alguna otra fuerza horizontal que equi-libre a P. Esta otra fuerza es la fuerza de fricción estática F, la cual es en realidad la resultante de diversas fuerzas que actúan sobre toda la superficie de contacto entre el bloque y el plano. No se conoce con exactitud la naturaleza de estas fuerzas, pero generalmente se supone que las mismas se deben a irregularidades de las superficies en con-tacto y, en cierta medida, a la atracción molecular. Si se incrementa la fuerza P, también se incrementa la fuerza de fricción F, la cual continúa oponiéndose a P hasta que su magnitud al-canza un cierto valor máximo Fm.
La evidencia experimental muestra que el máximo valor Fm de la fuerza de fricción estática es proporcional a la componente normal N de la reacción de la superficie. Así, se tiene que Fm = Us N Con base en la descripción que se expuso en los párrafos anterio-res es posible afirmar que pueden ocurrir cuatro situaciones diferen-tes cuando un cuerpo rígido está en contacto con una superficie hori-zontal: 1. Las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo no tienden a moverlo a lo largo dc la superficie de contacto; por tanto, no hay fuerza de fricción. 2. Las fuerzas aplicadas tienden a mover al cuerpo a lo largo de la superficie de contacto pero no son lo suficientemente grandes para ponerlo en movimiento. La fuerza de fricción F que se ha desarrollado puede encontrarse resolviendo las ecuaciones de equilibrio para el cuerpo. Como no hay evidencia de que F ha alcanzado su valor máximo, no se puede utilizar la ecuación F m =Us N para determinar la fuerza de fricción. 3. Las fuerzas aplicadas hacen que el cuerpo esté a punto de co-menzar a deslizarse, en este momento se dice que el movi-miento es inminente. La fuerza de fricción F ha alcanzado su valor máximo F,„ y, junto con la fuerza normal N, equilibra las fuerzas aplicadas. Se pueden utilizar tanto las ecuaciones de equilibrio como la ecuación F m = Us N. También es necesario señalar que la fuerza de fricción tiene un sentido opuesto al sentido del movimiento inminente. 4. El cuerpo se desliza bajo la acción de las fuerzas aplicadas y ya no se pueden aplicar las ecuaciones de equilibrio. Sin em-bargo, ahora F es igual a F k. y se puede utilizar la ecuación Fk — Uk N. El sentido de Fk. es opuesto al sentido del movi-miento.
Ejemplo. Mediante un motor A se ejerce una tensión de 800 kg a la cuerda con la que se desea jalar el automóvil B, que tiene aplicado el freno de mano. Sabiendo que B pesa 1200 kg y que los coeficientes de fricción estática y la cinética en la superficie inclinada y las llantas de B son 0.8 y 0.6, respectivamente, diga si B asciende desciende o permanece de reposo . Dé también la magnitud y dirección de la fuerza de fricción que actúa sobre el automóvil.
Supondremos que permanece en reposo y que tiende a subir (por eso dibujamos la fricción hacia abajo).
Elegimos el sistema de referencia que se muestra y empleamos las ecuaciones de equilibrio.
Comparamos la fuerza de fricción que se requiere para mantener el auto en reposo con la fuerza máxima de fricción estática.
concluimos que se cumple la hipótesis, es decir, el automóvil permanece en reposo y la fuerza de fricción es
Ejemplo. Con un tractor se desea mover la caja de la figura. Diga cuál es la mínima tensión del cable que se requiere para lograrlo, si los coeficientes de fricción estática y cinética entre la caja y la superficie horizontal son 0.4 y 0.3, respectivamente.
Se trata de un problema de equilibrio en el que el cuerpo está a punto de moverse; por eso la fricción es la estática máxima.
