Fricción

Fricción

El concepto de fricción se emplea para señalar a la fuerza que existe entre dos superficies en contacto y las cuales que se opone al movimiento relativo entre una y otra superficies (fuerza de fricción dinámica). También se dice que la fricción es la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática).

¿Cuál es la fórmula para la fuerza de fricción dinámica $F_d$F, start subscript, d, end subscript?

Si presionas fuertemente tus manos una contra la otra y las tallas, la fuerza de fricción dinámica será más grande que si solo estuvieras presionando tus manos ligeramente. Esto es porque la cantidad de fuerza de fricción dinámica entre dos superficies es mayor mientras más fuerte se estén presionando entre ellas (es decir, mientras más grande sea la fuerza normal $F_n$F, start subscript, n, end subscript).

También, al cambiar los tipos de superficies que se deslizan una con la otra, cambiará la cantidad de fuerza de fricción dinámica. La "rugosidad" de dos superficies que se deslizan entre ellas está caracterizada por una cantidad llamada el coeficiente de rozamiento dinámico $\mu_d$mu, start subscript, d, end subscript. El parámetro $\mu_d$mu, start subscript, d, end subscript depende solamente de las dos superficies en contacto y será diferente para distintas superficies (por ejemplo, hielo y madera, hierro y concreto, etc.). Dos superficies en contacto que no se deslizan fácilmente tendrán un coeficiente de rozamiento dinámico $\mu_d$mu, start subscript, d, end subscript grande.

Podemos poner estas ideas de forma matemática con la siguiente ecuación.

$\Large F_d=\mu_dF_n$F, start subscript, d, end subscript, equals, mu, start subscript, d, end subscript, F, start subscript, n, end subscript

Observa que podemos reescribir esta ecuación como $\mu_d=\dfrac{F_d}{F_n}$mu, start subscript, d, end subscript, equals, start fraction, F, start subscript, d, end subscript, divided by, F, start subscript, n, end subscript, end fraction, que muestra que el coeficiente de rozamiento dinámico $\mu_d$mu, start subscript, d, end subscript es una cantidad adimensional. 

[¿Qué significa "cantidad adimensional"?]

$\mu_d=\dfrac{F_d}{F_n}$mu, start subscript, d, end subscript, equals, start fraction, F, start subscript, d, end subscript, divided by, F, start subscript, n, end subscript, end fraction$\mu_d$mu, start subscript, d, end subscript$\dfrac{F_d}{F_n}$start fraction, F, start subscript, d, end subscript, divided by, F, start subscript, n, end subscript, end fraction$F_d$F, start subscript, d, end subscript$F_n$F, start subscript, n, end subscript$\dfrac{F_d}{F_n}$start fraction, F, start subscript, d, end subscript, divided by, F, start subscript, n, end subscript, end fraction

$\mu_d$mu, start subscript, d, end subscript

¿Cuál es la fórmula para la fuerza de fricción estática $F_e$F, start subscript, e, end subscript?

La fuerza de fricción estática es un poco diferente de la fuerza de fricción dinámica. Por ejemplo, la fuerza de fricción estática cambiará su valor dependiendo de cuánta fuerza sea aplicada al objeto que hay que mover. Imagina que tratas de deslizar una caja pesada a través de un piso de concreto. Puede suceder que, por más duro que empujes, la caja no se mueva nada. Esto significa que la fricción estática responde a lo que haces. Aumenta para igualar en magnitud la fuerza con la que empujas, pero en la dirección opuesta. Si finalmente empujas con la fuerza necesaria, la caja parece que se desliza súbitamente y comienza a moverse. Una vez en movimiento, es más fácil mantenerla en movimiento que lo que costó empezar a moverla, lo que indica que la fuerza de fricción dinámica es menor que la fuerza máxima de fricción estática.

Si le añades masa a la caja, digamos, al poner otra encima de ella (aumentando la cantidad de fuerza normal $F_n$F, start subscript, n, end subscript), necesitarás empujar aún más fuerte para que comience a moverse y se mantenga en movimiento. Más aún, si engrasaras el concreto (reduciendo el coeficiente de rozamiento estático $\mu_e$mu, start subscript, e, end subscript), encontrarías que es más fácil hacer que la caja comience a moverse (como era de esperarse).

Podemos expresar estas ideas en forma matemática al escribir la siguiente fórmula, que nos permite encontrar la máxima fricción estática posible entre dos superficies.

$\Large F_{e\text{ máx}}=\mu_eF_n$

[¿Podemos escribir esta ecuación como una desigualdad?]

$F_{e\text{ máx}}$$F_e$F, start subscript, e, end subscript

$F_e \leq \mu_e F_n$F, start subscript, e, end subscript, is less than or equal to, mu, start subscript, e, end subscript, F, start subscript, n, end subscript

$F_e$F, start subscript, e, end subscript$\mu_e F_n$mu, start subscript, e, end subscript, F, start subscript, n, end subscript

Ten cuidado, la cantidad $F_{e\text{ máx}}$ solo te da la máxima fricción estática posible, no la fuerza de fricción estática real para un escenario dado. Por ejemplo, supón que se determinó que entre una lavadora y un piso de baldosas la máxima fuerza de fricción estática posible es $F_{e\text{ máx}}=50\text{ N}$. Si intentaras mover la lavadora con $30\text{ N}$30, space, N, la fuerza de fricción estática sería de $30\text{ N}$30, space, N. Si incrementaras la fuerza que ejerces a $40\text{ N}$40, space, N, la fuerza de fricción estática también se incrementaría a $40\text{ N}$40, space, N. Esta situación continuaría hasta que la fuerza que apliques sea mayor que la máxima fuerza de fricción estática, punto en el cual la lavadora comenzaría a moverse. Una vez que la lavadora comenzara a moverse, ya no habría fuerza de fricción estática, sino solamente fuerza de fricción dinámica.