Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática).
Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza normal entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un ángulo φ con la perpendicular (el ángulo de rozamiento).
Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto.
En el rozamiento entre cuerpos sólidos se ha observado que son válidos de forma aproximada los siguientes hechos empíricos:
1. La fuerza de rozamiento se encuentra en dirección paralela a la superficie de apoyo.
2. El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de la superficie de contacto.
3. El coeficiente de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.
4. La fuerza máxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto.
5. Para un mismo par de cuerpos (superficies de contacto), el rozamiento es mayor un instante antes de que comience el movimiento que cuando ya ha comenzado.
La fórmula para calcular la fricción es:
F = Fuerza de fricción (N)
µ = Coeficiente de fricción
N = Fuerza normal (N)
Tipos de Fricción
Los dos tipos de rozamiento o fricción son la estática (Fe) y la dinámica (Fd) (también llamada cinética).
La diferencia entre los dos radica en que la estática actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo, en tanto que la dinámica lo hace cuando ya están en movimiento.
Fricción Estática (Fe)
Es la resistencia que se debe superar para poner en movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto.
Fe = Fuerza de fricción estática (N)
µe = Coeficiente de fricción estático
N = Fuerza normal (N)
Sobre un cuerpo en reposo al que se aplica una fuerza horizontal F, intervienen cuatro fuerzas:
F: la fuerza aplicada.
Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al movimiento.
W: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleración de la gravedad.
N: la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo sosteniéndolo.
Fricción Dinámica (Fd)
Es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vez que éste ya comenzó.
Fd = Fuerza de fricción dinámica (N)
µd = Coeficiente de fricción dinámico
N = Fuerza normal (N)
Dado un cuerpo en movimiento sobre una superficie horizontal, deben considerarse las siguientes fuerzas:
F: la fuerza aplicada.
Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al movimiento.
Fi: fuerza de inercia, que se opone a la aceleración de cuerpo, y que es igual a la masa del cuerpo (m) por la aceleración que sufre (a).
W: 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.
Fricción en Planos inclinados
En ocasiones, la fricción se da en planos inclinados y resultan diagramas como los que se muestran.
Para resolver problemas de fricción, en algunos casos, es necesario auxiliarse de diagramas de cuerpo libre, pero para hacer mas fácil el trabajo solo es cuestión de modificar un poco la fórmula para que no resulte tan tedioso estar utilizar diagramas de cuerpo libre y trabajando con componentes rectangulares al mismo tiempo.
Donde:
F = Fuerza de fricción (N)
En este caso solo faltaría especificar si se trata de fricción estática o dinámica para usar adecuadamente las fórmulas.
También es frecuente hacer uso de tablas de coeficientes de fricción o de rozamiento ya calculados, como los siguientes:
De acuerdo con los gráficos anteriores podemos decir que la fuerza normal (N) es igual a la componente vertical del peso (N = Wy) y la componente vertical del peso Wy = W cos α, por lo que la ecuación para obtener la fuerza de fricción en un plano inclinado resulta:
F = Fuerza de fricción (N)
µ = Coeficiente de fricción
W = Peso del cuerpo (N)
α = Ángulo del plano inclinado (°)
En este caso solo faltaría especificar si se trata de fricción estática o dinámica para usar adecuadamente las fórmulas.
También es frecuente hacer uso de tablas de coeficientes de fricción o de rozamiento ya calculados, como los siguientes:
Para saber más:
Gracias: wikipedia.org, kalipedia.com, acer.forestales.upm.es, youtube.com…
Muchas gracias. Soy profesor de Física Y química en España y voy a utilizar esta página para que mis alumnos de 4º de ESO estudien las fuerzas de rozamiento. Me ha parecido muy clara y adecuada para su nivel.
ResponderBorrarUn cordial saludo.
Juan Torrecillas Toro. IES ángel Ganivet. Granada. España.
Muchas gracias Juan por la retroalimentación y por formar parte en esta inmensa cadena del conocimiento, porque "conocimiento que no se comparte no sirve".
ResponderBorrarRecibe saludos desde Michoacán, México.