física

FUERZA DE ROZAMIENTO DINÀMICO

Fricción dinámica

Dado un cuerpo en movimiento sobre una superficie horizontal, deben considerarse las siguientes fuerzas:

F_a: la fuerza aplicada.

F_r: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento.

P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleración de la gravedad.

N: la fuerza normal, que la superficie hace sobre el cuerpo sosteniéndolo.

Como equilibrio dinámico, se puede establecer que:

${\displaystyle {\begin{cases}P=N\\F=F_{a}-F_{r}\end{cases}}}$

Sabiendo que:

${\displaystyle P=N=mg\,}$

${\displaystyle F_{r}=\mu _{d}N\,}$

${\displaystyle F=ma\,}$

prescindiendo de los signos para tener en cuenta solo las magnitudes, se puede reescribir la segunda ecuación de equilibrio dinámico como:

${\displaystyle \mathbf {F} _{a}=\mu _{d}m\mathbf {g} +m\mathbf {a} ,\quad \Rightarrow \quad \mathbf {a} ={\frac {\mathbf {F} _{a}}{m}}-\mu _{d}\mathbf {g} }$

Es decir, la fuerza de empuje aplicada sobre el cuerpo ${\displaystyle \mathbf {F} _{a}}$ es igual a la fuerza resultante ${\displaystyle \mathbf {F} }$ menos la fuerza de rozamiento ${\displaystyle \mathbf {F} _{r}}$ que el cuerpo opone a ser acelerado. De esa misma expresión se deduce que la aceleración ${\displaystyle \mathbf {a} }$ que sufre el cuerpo, al aplicarle una fuerza Fa mayor que la fuerza de rozamiento Fr con la superficie sobre la que se apoya.

FRICCION SECA

La mayoría de los problemas analizados hasta ahora han estado libres de fricción, las reacciones eran normales, pero esto es solo una idealización ya que todas las superficies reales proporcionan una fuerza tangente a la superficie llamada fuerza de fricción que se opone al deslizamiento.

En algunos casos la fricción es útil, por ejemplo nos permite caminar sin resbalar, mantiene los clavos y tornillos en su lugar, sin embargo también puede resultar perjudicial por ejemplo ocasionando el desgaste de máquinas.

La fricción seca se refiere a la fricción que existe entre dos superficies solidas no lubricadas.

TEORIA DE COULOMB SOBRE LA FRICCIÓN SECA

La mejor manera de explicar la teoría de Coulomb es considerando dos cuerpos en contacto como se muestra en la figura aunque también es válida para un área finita de contacto. El plano de contacto es tangente a ambos cuerpos en el punto de contacto en la primera figura.En la segunda se muestra el DCL de la primera donde N es la fuerza normal y F es la fuerza de frccion.

Para explicar la teoría de Coulomb tenemos varios casos.

Caso Estatico. Si no hay movimiento relativo entre dos superficies en contacto, la fuerza normal y la fuerza de fricción satisfacen la relación:

 sN  Fmáx F 

Donde: 

Fmáx es la máxima fuerza de fricción estatica que puede existir entre las superficies de contacto

 es el coeficiente de fricción estatica, esta es una constante experimental que depende de las composición y rugosidad de las superficies en contacto 

Caso del deslizamiento inminente Se considera que el caso estático en que la fuerza de fricción es igual a su valor límite,es decir:En este caso las superficies están a punto de deslizarse. Cuando el deslizamiento es inminente, las superficies están en reposo una respecto a la otra, sin embargo cualquier cambio que requiera un incremento en la fuerza de fricción, ocasionará el deslizamiento.En este caso la Fmáx siempre se opone al deslizamiento inminente

FRICCIÒN EN FLUIDOS

Fricción del Aire

La fricción o arrastre del aire, es un ejemplo de la fricción de fluidos. Al contrario del modelo estandar de la fricción de superficie, tales fuerzas de fricción son dependientes de la velocidad. Esta dependencia de la velocidad, puede ser muy complicada, y solo se van a tratar analíticamente casos especiales. A muy baja velocidad para partículas pequeñas, la resistencia del aire es aproximadamente proporcional a la velocidad y se puede expresar de la forma

donde el signo negativo, indica que siempre está directamente opuesta a la velocidad. Para mayores velocidades y objetos mas grandes, la fricción por arrastre es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad:

donde ρ es la densidad del aire, A el área de la sección transversal, y C es el coeficiente numérico de arrastre.