Fricción

La fricción es esa fuerza de resistencia que actúa sobre los objetos cuando se encuentran en movimiento y provoca que se detengan; también la detectamos cuando queremos mover un objeto que está en reposo, la superficie en la que se encuentra el cuerpo obstruye el desplazamiento. Esa resistencia ocurre con todos los objetos y todos los medios: sólidos, líquidos o gases, y se denomina fuerza de fricción.

Ahora bien hay una pequeña parte de la primera ley de Newton que, con nuestra experiencia cotidiana, es difícil de aceptar. " Un cuerpo se mueve y conserva su movimiento sin que haya una fuerza neta que actúa sobre él; la mayoría de las personas no lo creen, dirán que es necesario mantener aplicada una fuerza sobre el cuerpo para que mantenga su movimiento y, si por alguna razón, la fuerza desaparece el cuerpo se detiene".

Se requiere de una fuerza constante para mantener una velocidad constante y ella es distinta para cada uno de los materiales y objetos con los que nos encontremos. La fuerza que se aplicara debe ser la necesaria para contrarrestar la fuerza de fricción. La fricción es diferente para diferentes superficies en contacto.

La fuerza de fricción, fs, entre dos superficies que tienden a moverse entre sí siempre tiene un valor máximo que se alcanza justamente antes que las superficies se desplazan una respecto a la otra y es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza de interacción entre ambas superficies, N, es decir:

fs ≤ μs N 

μ es el coeficiente de fricción estático entre ellas. El adjetivo estática se refiere a que el objeto no está en movimiento.

En la figur se representan las fuerzas que actúan sobre una caja que pretende moverse:

P representa el peso de la caja

N representa a la fuerza de reacción de la superficie donde se encuentra, es decir, la fuerza que la superficie aplica a la caja y denomina Normal.

F es la fuerza que le aplica un agente externo como lo es una persona

f la fuerza de fricción entre la caja y la superficie

Solamente cuando la fuerza F que aplicamos al objeto sobrepasa el valor de la fuerza de fricción estática fs es cuando logramos mover al objeto.

Cuando una de las superficies está en movimiento respecto a la otra, la fuerza de fricción también es directamente proporcional a la fuerza normal, pero el coeficiente de fricción adquiere otro valor que se denomina coeficiente de fricción cinética:

fc = μc N

La fuerza que realmente mueve al objeto se denomina fuerza neta o fuerza total y se encuentra obteniendo la resultante de todas las fuerzas aplicadas; no debemos olvidar la fuerza que se opone al movimiento, la fricción.

Ejemplo. 

¿Lograremos mover una placa de acero de 20 [kg] de masa que se encuentra sobre otra del mismo material que está horizontal cuando le aplicamos una fuerza horizontal F = 40 [N]., ¿qué sucederá si las placas estan humedas?

Solución:

Primero calculamos el módulo de la máxima fuerza de fricción estática que existirá entre ambas placas: 

fs ≤ μs N

En la tabla anterior, vemos que μs = 0.75

La fuerza normal N es la fuerza que la superficie le aplica a la caja y que en este caso es del mismo módulo que el peso de la placa superior, P. Ten cuidado de no confundir la simbología: N es la fuerza normal y por ser un vector le escribimos en negritas, N es la unidad de la fuerza, el newton.

N = -P = -mg 

Calcularemos su módulo, como sólo es el módulo y no indicamos su magnitud ni su sentido, no lo escribimos en negritas:

P = (20 [kg]) (- 9.8 [m/s²]) = -196.0 [N]

Así, el módulo máximo de la fuerza de fricción entre esas placas será de:

fs ≤ μs N

fs = (0.75) (196.0 [N]) = 49.0 [N]

Como el módulo de la fuerza aplicada es F = 40 [N], no sobrepasa a la máxima fuerza de fricción y, por lo tanto, esa placa no se moverá, parecido a la figura del cubo de arriba.

En el caso de que las placas estuvieran húmedas, el coeficiente de fricción sería μs = 0.12, por lo que su máxima fuerza de fricción sería:

fs ≤ μs N

fs = (0.12) (196.0 [N]) = 23.5 [N]

De modo que cuando aplicamos una fuerza de 40 [N], habría una fuerza excedente de 16.5 [N] que le provocaría una aceleración. Y al moverse hay que considerar el coeficiente de fricción cinética, entonces el módulo de la fuerza de fricción cambiará.

fc = μc N

fs = (0.07) (196.0 [N]) = 13.7 [N]

De modo que, una vez en movimiento, si continuamos aplicando la fuerza de 40 [N], la fuerza neta sobre la placa será de 26.3 [N].

Se observa que si aplicamos una fuerza horizontal de 40 [N] a la placa cuando están secas, NO se moverá. En cambio si hay humedad entre ellas se sobrepasa a la fricción estática y bastaría aplicar una fuerza de 23.5 [N] para que iniciara su movimiento, pero, ya moviéndose, basta una fuerza de 13.7 [N] para mantenerla con movimiento rectilíneo uniforme. por que todas las fuerzas quedarían equilibradas.