Si un objeto está en movimiento interactuará con su entorno, tanto si se mueve sobre una superficie sólida como si lo hace dentro de un...
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Fuerza de roce o fricción
Dinámica
Gráfico de fuerza de roce
Gráfico de fuerza de roce

Fuerza de roce o fricción

Si un objeto está en movimiento interactuará con su entorno, tanto si se mueve sobre una superficie sólida como si lo hace dentro de un fluido. Esta interacción se traduce en una resistencia al movimiento del objeto conocida como fuerza de roce o fuerza de fricción.

¿Cómo se produce la fuerza de roce?

fuerza-de-roce

Fuerza de roce o fricción. Esta fuerza es importante en la vida cotidiana permitiendo caminar, correr o que un patinador no se deslice en una curva.

  • Para sacar un cuerpo del reposo se le debe aplicar una fuerza \overrightarrow{F}.
  • La fuerza que se opone al movimiento del cuerpo se conoce como fuerza de roce estática (f_{s}). Mientras el cuerpo no se mueva, la fuerza de roce estática f_{s} será igual a la fuerza aplicada F; si \overrightarrow{F} aumenta, f_{s} también aumentará.
  • Cuando el cuerpo está a punto de deslizarse, f_{s} tiene su máximo valor: f_{Smax}.
  • Cuando la fuerza aplicada F sobrepasa a f_{Smax} entonces el cuerpo comienza a moverse acelerando en la dirección de \overrightarrow{F}.
  • Cuando el cuerpo está en movimiento, la fuerza de roce se denomina fuerza de roce cinética (f_{k}). Esta fuerza es menor que f_{Smax}. Si la fuerza aplicada F es igual en magnitud a f_{k}, entonces el cuerpo se moverá con velocidad constante; pero si F es mayor que f_{k}, el cuerpo acelerará en la misma dirección que la fuerza resultante.

La fuerza de roce se genera a partir de la naturaleza de las superficies en contacto, debido a la rugosidad de ambas. La explicación se encuentra a nivel atómico, siendo estas fuerzas de origen eléctrico.

Gráfico de fuerza de roce

Gráfico de fuerza de roce en función de la fuerza aplicada.

A partir de la experimentación se conocen las siguientes leyes de la fricción:

Fuerza de roce en fluidos

Roce en fluidos. Los fluidos presentan resistencia al movimiento de un cuerpo; esta es proporcional a la magnitud de la velocidad del objeto (cuando esta no es muy alta), a las propiedades del medio y a la forma del objeto. Para objetos grandes y velocidades altas la resistencia es proporcional al cuadrado de la magnitud de la velocidad.

  • El valor de la fuerza de roce estática máxima entre dos superficies cualquiera en contacto es:

    \[ \boxed{ f_{S}=\mu_{S}\; N} \]

  • El valor de la fuerza de roce cinética que actúa entre las superficies en contacto es:

    \[ \boxed{ f_{K}=\mu_{K}\; N} \]

donde:

– La constante \mu_{S} se denomina coeficiente de roce estático;
– La constante \mu_{k} recibe el nombre de coeficiente de roce cinético; y
N es la magnitud de la fuerza normal.

Es importante indicar que las ecuaciones anteriores no son vectoriales, sino que relaciones entre las magnitudes de los vectores que representan la fuerza de roce y normal.

La siguiente tabla muestra los coeficientes de roce estático y cinético para distintos materiales en contacto. Los valores son aproximados.

Materiales \mu_{S} \mu_{k}
Madera sobre madera 0,25 – 0,5 0,2
Madera encerada sobre nieve húmeda 0,14 O, 1
Madera encerada sobre nieve seca 0,04
Cobre sobre acero 0,53 0,36
Aluminio sobre acero 0,61 0,47
Acero sobre acero 0,74 0,57
Vidrio sobre vidrio 0,94 0,4
Metal sobre metal 0,15 0,06
Hielo sobre hielo 0, 1 0,03
Teflón sobre teflón 0,04 0,04
Caucho sobre concreto 1,0 0,8

La fuerza de roce sobre un objeto es opuesta a su movimiento o movimiento Inminente, respedo a la superficie.