Fuerzas de Friccion

Siempre que un objeto se mueve sobre una superficie o en un medio viscoso, hay una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de friccion.

Las fuerzas de friccion son importantes en la vida cotidiana. Nos permiten caminar y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo.

Empíricamente se ha establecido que la fuerza de friccion cinetica es proporcional a la fuerza normal N, siendo k la constante de proporcionalidad, esto es, f = N.

Para ilustrar las fuerzas de friccion, suponga que intenta mover un pesado mueble sobre el piso. Ud. empuja cada vez con más fuerza hasta que el mueble parece "liberarse" para en seguida moverse con relativa facilidad.

Llamemos f a la fuerza de friccion, F a la fuerza que se aplica al mueble, mg a su peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre el mueble).

La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de friccion puede representarse mediante el siguiente grafico:

Aumentemos desde cero la fuerza F aplicada. Mientras ésta se mantenga menor que cierto valor N, cuyo significado se explica más abajo, el pesado mueble no se mueve y la fuerza de roce entre las patas del mueble y el piso es exactamente igual a la fuerza F aplicada. Estamos en la denominada "zona estatica", en que f = F. Si continuamos aumentando la fuerza F alcanzaremos la situación en que f = N, la máxima fuerza de friccion estatica y el mueble parecerá "liberarse" empezando a moverse, pero esta vez con una fuerza de friccion llamada cinetica y cuya relación con la fuerza normal es

f_{k =} N (zona cinetica)

Donde es el coeficiente de roce cinetico, que debe distinguirse del coeficiente de roce estatico , mencionado mas arriba. se obtiene encontrando el cuociente entre la máxima fuerza de roce (condición a punto de resbalar) y la fuerza normal. De ahí que N nos entrega el valor máximo de la fuerza de roce estatico.

El coeficiente de roce estatico es siempre mayor que el coeficiente de roce cinetico. Los coeficientes de friccion estatico y cinetico para madera sobre madera, hielo sobre hielo, metal sobre metal (lubricado), hule sobre concreto seco, y las articulaciones humanas, estan aqui descritos para esas determinadas superficies:

Ejemplo. Una caja de 10 kg descansa sobre un piso horizontal. El coeficiente de friccion estatico es = 0.4, y el de friccion cinetica es =0.3. Calcule la fuerza de friccion f que obra sobre la caja si se ejerce una fuerza horizontal externa F cuya magnitud es a) 10 N, b) 38N, c) 40 N.

SOLUCION:
El diagrama de cuerpo libre o de cuerpo aislado es:

Como N - mg = 0 N = mg = 98 N

1. La fuerza de fricción estatica se opone a cualquier fuerza aplicada, hasta llagar a un máximo N = (0.4)(98N) = 39.2 N. Como la fuerza aplicada es F = 10 N, la caja no se moverá y f = F = 10 N.
2. Todavía la fuerza de 38 N no supera los 39.2 N, la fuerza de fricción habrá aumentado a 38 N, f = 38N.
3. Una fuerza de 40 N hará que la caja comience a moverse, porque es mayor que la fuerza máxima de fricción estatica, 39.2 N. En adelante se tiene fricción cinetica, en lugar de friccion estatica y la magnitud de la fricción cinetica es N = 0.3(98N) = 29 N. Si la fuerza aplicada continúa siendo F = 40 N, la aceleracion que experimentará la caja será (40N - 29N)/10kg = 1.1 m/s²

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