IPN ESIQIE PRACTICA Nº 8: “COEFICIENTES DE FRICCIÓN www.monografias.com
Coeficientes de fricción 1. Intr Introduc oducción ción 2. Fuerza de fricción fricc ión o rozamiento roz amiento 3. Movimient Movimiento o con rozamien rozamiento to INTRODUCCIN En esta exposición se hablara de algunos conceptos básicos previos al tema tema de coeficientes de fricción. En esta primera parte se hablara de los siguientes conceptos: Cinem!tica" (del griego kinema, movimiento) ue estudia el movimiento en si mismo sin preocuparse para la causa ue lo produce. !ero en cambio ha" unos conceptos o una parte de la cinemática ue a"uda a estudiar el movimiento o inmovilidad en los cuerpos. Din!mica" (del griego dinamis, fuer#a) la cual se ocupa de las causas ue originan el movimiento, es decir de ue lo mas tarde llamaremos las fuer#as de la naturale#a. #st!tica" (del griego, statos, inmóvil) es la ue se ocupa de estudiar el estado de euilibrio o reposo de los cuerpos. $tro punto importante ue ue nos a"udara en el estudio es la segunda le" de newton ue dice: %la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuer#a exterior resultante ue act&a sobre el cuerpo, " tiene la misma dirección " sentido ue dicha fuer#a.' a ue afirma ue cuando la fuer#a resultante no es nula, el cuerpo se mueve con movimiento acelerado. a aceleración, para una fuer#a dada, depende de una propiedad del cuerpo llamada masa. !ara continuar ahora se estudiaran los conceptos de fricción " las le"es *omo sabemos dentro de los cuerpos existen una serie de fuer#as ue act&an sobre el, la f+sica f+sica se a encargado del estudio de las misma " como consecuencia de ello, existió un cient+fico de nombre saac -ewton uien postulo las tres ue nos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos a partir de las fuer#as ue act&an sobre ellos. Es necesario ue cono#camos cuáles son las fuer#as ue act&an sobre los cuerpos. amos a comentar brevemente las principales fuer#as ue podemos encontrarnos al estudiar el movimiento de un cuerpo. /.0 #$ %eso: es la fuer#a de atracción gravitatoria ue e1erce la 2ierra sobre los cuerpos ue ha" sobre ella. En la ma"or+a de los casos se puede suponer ue tiene un valor constante e igual al producto de la masa, m, del cuerpo por la aceleración de la gravedad, &, cu"o valor es 3.4 m5s 6 " está dirigida siempre hacia el suelo. 6.0 *uando un cuerpo está apo"ado sobre una superficie e1erce una fuer#a sobre ella cu"a d irección es perpendicular a la de la superficie. 7e acuerdo con la 2ercera le" de -ewton, la -ewton, la superficie debe e1ercer sobre el cuerpo una fuer#a de la misma magnitud " dirección, pero de sentido contrario. Esta fuer#a es la ue denominamos Norma$ " la representamos con N.
IPN ESIQIE PRACTICA Nº 8: “COEFICIENTES DE FRICCIÓN 7entro de nuestro estudio, esta tambi8n una fuer#a extra llama fuer#a de fricción o ro#amiento " como esta es el tema de nuestro estudio la abordaremos de una manera más amplia:
FU#R'( D# FRICCIN O RO'(MI#NTO 9e define a la fricción como una fuer#a resistente ue act&a sobre un cuerpo, ue impide o retarda el desli#amiento de este respecto a otro o en la superficie ue este en contacto. Esta fuer#a es siempre tangencial a la superficie en los puntos de contacto con el cuerpo, " tiene un sentido tal ue se opone al movimiento posible o existente del cuerpo respecto a esos puntos. !or otra parte estas fuer#as de fricción están limitadas en magnitud " no impedirán el movimiento si se aplican fuer#as lo suficientemente grandes.
Esta fuer#a es la causante, por e1emplo, de ue podamos andar (cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco ro#amiento, hielo, por e1emplo, ue por una superficie con ro#amiento como, por e1emplo, un suelo rugoso). a experiencia nos muestra ue: la fuer#a de ro#amiento entre dos cuerpos no de%ende del tama)o de $a su%erficie de contacto entre $os dos cuer%os, pero s* de%ende de cual sea la natura$eza de esa su%erficie de contacto, es decir, de ue materiales la formen " si es más o menos rugosa. la magnitud de la fuer#a de ro#amiento entre dos cuerpos en contacto es %ro%orciona$ a la normal entre los dos cuerpos, es decir: Fr m;N 7onde m es lo ue conocemos como coeficiente de rozamiento. Existe ro#amiento incluso cuando no ha" movimiento relativo entre los dos cuerpos ue están en contacto.
na ve# ue el cuerpo empie#a a moverse, hablamos de fuerza de rozamiento din!mica. Esta fuer#a de ro#amiento dinámica es menor ue la fuer#a de ro#amiento estática., podemos as+ establecer ue ha" dos coeficientes de ro#amiento: el est!tico+ me+ " el cin,tico+ mc, siendo el primero ma"or ue el segundo: e ? c •
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Fuerza de fricción est!tica.
IPN ESIQIE PRACTICA Nº 8: “COEFICIENTES DE FRICCIÓN Existe una fuer#a de fricción entre dos ob1etos ue no están en movimiento relativo. 2al fuer#a se llama fuer#a de fricción estática. En la siguiente figura a plicamos una fuer#a F ue aumenta gradualmente, pero el bloue permanece en reposo. *omo en todos estos casos la aceleración es cero, la fuer#a @ aplicada es igual " opuesta a la fuer#a de fricción estática Fe + e1ercida por la superficie.
a máxima fuer#a de fricción estática Fe ma- + corresponde al instante en ue el bloue está a punto de de sli#ar. os experimentos demuestran ue:
Fe m!- m eN 7onde la constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de fricción estática. !or tanto, la fuer#a de fricción estática var+a, hasta un cierto l+mite para impedir ue una superficie se deslice sobre otra:
Fuerza de fricción cin,tica
Fe m!- / m eN
En la siguiente figura mostramos un bloue de masa m ue se desli#a por una superficie hori#ontal con velocidad constante. 9obre el bloue actuán tres fuer#as: el peso m& , la fuer#a normal N, " la fuer#a de fricción F0 entre el bloue " la superficie. 9i el bloue se desli#a con velocidad constante, la fuer#a aplicada F será igual a la fuer#a de fricción F0.
!odemos ver ue si duplicamos la masa m, se duplica la fuer#a normal N+ la fuer#a F con ue tiramos del bloue se duplica " por tanto F0 se duplica. !or tanto la fuer#a de fricción cin8tica F0 es proporcional a la fuer#a normal N.
IPN ESIQIE PRACTICA Nº 8: “COEFICIENTES DE FRICCIÓN F0 m 0 N a constante de proporcionalidad m 0 es un n&mero sin dimensiones ue se denomina coeficiente de fricción cin8tico.
M(T#RI( Aadera sobre madera cero sobre acero Aetal sobre cuero Aadera sobre cuero *aucho sobre concreto, seco h&medo
B.C B./F B.G B.F B.3 B.C
B.D B.B3 B.F B.D B.C B.FC
MO4IMI#NTO CON RO'(MI#NTO amos a considerar un cuerpo de masa m ue está sobre un plano inclinado tal como se muestra en el d ibu1o. 9upondremos ue existe ro#amiento entre el cuerpo " el plano inclinado " vamos a tratar de calcular la aceleración con la ue se mueve el cuerpo. 9obre el cuerpo no aplicamos ninguna fuer#a por lo ue, en principio, el cuerpo caerá hacia aba1o por el plano inclinado. o primero ue tenemos ue hacer es dibu1ar todas las fuer#as ue act&an sobre el cuerpo " ue son:
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@uer#a peso, dirigida hacia el suelo, tal como se muestra en la figura. a fuer#a peso siempre está dirigida hacia el suelo. @uer#a -ormal, en dirección perpendicular al plano inclinado, ue es la superficie de apo"o del cuerpo, tal como se puede ver en el dibu1o.
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IPN ESIQIE PRACTICA Nº 8: “COEFICIENTES DE FRICCIÓN m8&8sena 7 m8m8&8cosa m8a 7e au+ podemos despe1ar la aceleración con la ue se moverá el cuerpo " ue es:
a &8;sena 7 n cosa< *on lo ue hemos obtenido la aceleración con la ue se mueve el cuerpo tal como pretendiamos al principio. emos ue, como era de esperar, la aceleración con la ue cae el cuerpo depende del coeficiente de ro#amiento.
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