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Física avanzada 1 (AP Physics 1)
Repaso de fricción
Repasa los conceptos clave, ecuaciones y habilidades que te servirán para estudiar la fricción, incluido cómo encontrar la dirección y la magnitud de la fuerza de fricción.
Términos clave
| Término (símbolo) | Significado | |
|---|---|---|
| Fricción (F, start subscript, f, end subscript o f) | Una fuerza de contacto que se resiste al deslizamiento entre superficies. | |
| Fricción cinética (F, start subscript, f, comma, k, end subscript o f, start subscript, k, end subscript) | La fricción que ocurre cuando un objeto se desliza a lo largo de una superficie. La dirección es opuesta a la dirección de deslizamiento del objeto y paralela a la superficie de contacto. | |
| Fricción estática (F, start subscript, f, comma, s, end subscript o f, start subscript, s, end subscript) | Fricción que evita que un objeto se deslice a lo largo de una superficie. La dirección evita que el objeto se deslice contra otra superficie y es paralela a la superficie de contacto. | |
| Coeficiente de fricción (mu) | Un número típicamente entre 0 y 1 que describe la aspereza entre dos superficies, donde 0 es resbaladizo y 1 es muy áspero. Una razón sin unidades de la fuerza de fricción a la fuerza normal. El coeficiente de fricción estático mu, start subscript, s, end subscript es para superficies no deslizantes, mientras que el cinético mu, start subscript, k, end subscript es para superficies deslizantes. |
Ecuaciones
| Ecuación | Significado de los símbolos | Significado en palabras |
|---|---|---|
| open vertical bar, F, start subscript, f, comma, k, end subscript, with, vector, on top, open vertical bar, equals, mu, start subscript, k, end subscript, open vertical bar, F, start subscript, N, end subscript, with, vector, on top, open vertical bar | F, start subscript, f, comma, k, end subscript es la fricción cinética, mu, start subscript, k, end subscript es el coeficiente de fricción cinética y F, start subscript, N, end subscriptes la fuerza normal. | La magnitud de la fricción cinética es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza normal y a la rugosidad entre las superficies deslizantes. |
| open vertical bar, F, start subscript, f, comma, s, end subscript, with, vector, on top, open vertical bar, is less than or equal to, mu, start subscript, s, end subscript, open vertical bar, F, start subscript, N, end subscript, with, vector, on top, open vertical bar | F, start subscript, f, comma, s, end subscript es la fricción estática, mu, start subscript, s, end subscript es el coeficiente de fricción estática y F, start subscript, N, end subscript es la fuerza normal. | La magnitud de la fricción estática es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza normal y a la rugosidad entre las superficies deslizantes. |
| mu, equals, start fraction, open vertical bar, F, start subscript, f, end subscript, with, vector, on top, open vertical bar, divided by, open vertical bar, F, start subscript, N, end subscript, with, vector, on top, open vertical bar, end fraction | F, start subscript, f, end subscript es la fricción, mu es el coeficiente de fricción y F, start subscript, N, end subscript es la fuerza normal. | El coeficiente de fricción es la razón de la magnitud de la fuerza de fricción dividida entre la magnitud de la fuerza normal. |
Cómo encontrar la dirección de la fuerza de fricción
La fricción estática evita el deslizamiento
La fricción estática es la fuerza que sostiene un objeto en su lugar en una pendiente, como el queso en la Figura 1. La fuerza de fricción apunta en contra de la dirección en la que el objeto se deslizaría si no hubiera fricción. La fricción estática evita que la gravedad haga que el queso se mueva hacia abajo por el plano inclinado.
Otro ejemplo de fricción estática se produce cuando los objetos están en movimiento. Al caminar, la fricción estática te empuja en la dirección en la que estás tratando de moverte (ve la Figura 2 a continuación). El pie empuja el suelo, y si no hubiera fricción, el pie se deslizaría hacia atrás (como al caminar sobre hielo). La fricción estática empuja en la dirección que evita que tu pie se deslice, lo que da como resultado un movimiento hacia delante.
La fricción cinética actúa en dirección opuesta al deslizamiento del objeto
La fricción cinética siempre se opone a la dirección de deslizamiento del objeto. Como se ve en la Figura 3 a continuación, si un objeto se mueve hacia arriba en un plano inclinado, la fuerza de fricción f, start subscript, k, end subscript apunta hacia abajo de la pendiente. Si el objeto se mueve hacia abajo en un plano inclinado, f, start subscript, k, end subscript apunta hacia arriba de la pendiente.
Cómo determinar la magnitud de la fuerza de fricción
La fricción está determinada por las dos superficies en contacto y la fuerza con la que se unen las dos superficies (fuerza normal F, start subscript, N, end subscript).
- Coeficiente de fricción (mu): describe la aspereza entre dos superficies. Un coeficiente de fricción alto produce más fricción.
- Fuerza normal (F, start subscript, N, end subscript): presionar superficies juntas aumenta la fricción. Esta es una de las razones por las que los objetos pesados son más difíciles de deslizar por el suelo.
Estos factores de la fricción se reflejan en su ecuación generalizada:
La fricción para un objeto dado no siempre es un solo valor, sino que puede cambiar. Aprendamos cómo al imaginar una persona que empuja un refrigerador como se muestra en la Figura 4 a continuación. Cuando empujamos un refrigerador que inicialmente inicialmente está en reposo con una fuerza externa aplicada F, start subscript, start text, a, p, end text, end subscript y lo ponemos en movimiento, la fricción estática y cinética empujan el objeto hacia atrás en diferentes momentos.
Fricción estática
Inicialmente, la fricción estática F, start subscript, f, comma, s, end subscript impide que el refrigerador de la Figura 4 se mueva. Pero a medida que seguimos aplicando más y más fuerza F, start subscript, start text, a, p, end text, end subscript, finalmente el refrigerador comienza a deslizarse. Esto se debe a que la fricción estática tiene un valor máximo que puede alcanzar antes de permitir que un objeto comience a deslizarse. Siempre que open vertical bar, F, start subscript, start text, a, p, end text, end subscript, open vertical bar, is less than or equal to, open vertical bar, F, start subscript, f, comma, s, start subscript, m, a, with, acute, on top, x, end subscript, end subscript, open vertical bar, el refrigerador permanece en reposo. Esto se describe mediante la siguiente ecuación:
Fricción cinética
Una vez que un objeto comienza a deslizarse, la fricción cinética F, start subscript, f, comma, k, end subscript actúa con una cantidad constante para resistir el movimiento de deslizamiento:
Errores conceptuales comunes
Las personas a menudo confunden el coeficiente de fricción mu con la fuerza de fricción F, start subscript, f, end subscript. El coeficiente de fricción es un número que describe las interacciones entre superficies, no es una fuerza. Para encontrar la fuerza de fricción, mu tiene que multiplicarse por la fuerza normal sobre el objeto.
Aprende más
Para una explicación más profunda de la fricción, mira nuestro video de comparación de la fricción estática y cinética.
Para verificar tu comprensión y trabajar hacia el dominio de estos conceptos, revisa el ejercicio de fricción.
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