Fórmula de la fricción cinética
El rozamiento estático actúa cuando el objeto permanece inmóvil. Imagina que intentas tirar de una caja pesada. Si no tenemos en cuenta el rozamiento, incluso la menor fuerza debería provocar cierta aceleración de la caja, según la segunda ley de Newton. En realidad, hay que tirar con bastante fuerza para que la caja empiece a moverse debido a la fuerza de rozamiento estático.
El rozamiento cinético actúa sobre un objeto en movimiento o, en otras palabras, sobre un objeto con energía cinética distinta de cero. Si no existiera el rozamiento cinético, cualquier objeto al que se le diera un empujón (por ejemplo, un coche de juguete) nunca dejaría de moverse, ya que, según la primera ley de Newton, no actuaría ninguna fuerza sobre él, por lo que seguiría avanzando con una velocidad constante.
Aunque la fórmula es la misma para el rozamiento estático y el cinético, hay que recordar que los coeficientes de rozamiento son diferentes. El coeficiente de rozamiento cinético suele ser menor que el de rozamiento estático.
Hay dos métodos fáciles de estimar el coeficiente de rozamiento: midiendo el ángulo de movimiento y utilizando un medidor de fuerza. El coeficiente de rozamiento es igual a tan(θ), donde θ es el ángulo respecto a la horizontal en el que un objeto colocado encima de otro empieza a moverse. Para una superficie plana, puedes tirar de un objeto a través de la superficie con un medidor de fuerza conectado. Divide los Newtons necesarios para mover el objeto entre la masa del objeto para obtener el coeficiente de fricción.
Calcular la fuerza
Cuando las superficies en contacto se mueven una con respecto a la otra, la fricción entre las dos superficies convierte la energía cinética en energía térmica (es decir, convierte el trabajo en calor). Esta propiedad puede tener consecuencias dramáticas, como ilustra el uso de la fricción creada al frotar trozos de madera para encender un fuego. La energía cinética se convierte en energía térmica siempre que se produce un movimiento con fricción, por ejemplo cuando se agita un fluido viscoso. Otra consecuencia importante de muchos tipos de fricción puede ser el desgaste, que puede conducir a la degradación del rendimiento o al daño de los componentes. La fricción es un componente de la ciencia de la tribología.
La fricción es deseable e importante para proporcionar tracción y facilitar el movimiento en tierra. La mayoría de los vehículos terrestres dependen de la fricción para acelerar, desacelerar y cambiar de dirección. Las reducciones repentinas de la tracción pueden provocar pérdidas de control y accidentes.
La fricción no es en sí misma una fuerza fundamental. La fricción en seco surge de una combinación de adhesión entre superficies, rugosidad de la superficie, deformación de la superficie y contaminación de la superficie. La complejidad de estas interacciones hace que el cálculo de la fricción a partir de los primeros principios sea poco práctico y hace necesario el uso de métodos empíricos para el análisis y el desarrollo de la teoría.
Aceleración de la fuerza de fricción
Cuando un cuerpo está en movimiento, tiene resistencia porque el cuerpo interactúa con su entorno. Esta resistencia es una fuerza de rozamiento. La fricción se opone al movimiento relativo entre sistemas en contacto, pero también nos permite movernos, un concepto que se hace evidente si se intenta caminar sobre el hielo. La fricción es una fuerza común pero compleja, y su comportamiento aún no se entiende del todo. Aun así, es posible entender las circunstancias en las que se comporta.
Hay varias formas de fricción. Una de las características más sencillas de la fricción por deslizamiento es que es paralela a las superficies de contacto entre los sistemas y siempre está en una dirección que se opone al movimiento o intento de movimiento de los sistemas entre sí. Si dos sistemas están en contacto y se mueven uno respecto al otro, la fricción entre ellos se denomina fricción cinética. Por ejemplo, la fricción frena el deslizamiento de un disco de hockey sobre el hielo. Cuando los objetos están inmóviles, la fricción estática puede actuar entre ellos; la fricción estática suele ser mayor que la fricción cinética entre dos objetos.
Fórmula del coeficiente de fricción
Explicación: La ecuación de la fuerza debida al rozamiento es , donde es el coeficiente de rozamiento cinético. Como sólo hay una fuerza que actúa sobre el objeto, la fuerza debida al rozamiento, podemos encontrar su valor utilizando la ecuación . Podemos igualar estas dos ecuaciones de fuerza, lo que significa que . Podemos resolver la fuerza normal, pero necesitamos encontrar para encontrar .
Explicación: La fricción cinética nunca es mayor que la estática. Siempre se requiere más fuerza para superar la fricción estática que la requerida para superar la fricción cinética. Puede ser necesaria una gran fuerza para iniciar el movimiento, provocando una aceleración inicial al superar el rozamiento estático. Una vez que el movimiento ha comenzado, sin embargo, se requiere menos para mantener el movimiento debido a los principios de la primera ley de Newton y la inercia.
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