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Física avanzada 1 (AP Physics 1)

Curso: Física avanzada 1 (AP Physics 1) > Unidad 3

Lección 7: Fricción

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 ( $F_{f}$ ‍ o $f$ ‍)	Una fuerza de contacto que se resiste al deslizamiento entre superficies.
Fricción cinética ( $F_{f, k}$ ‍ o $f_{k}$ ‍)	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 ( $F_{f, s}$ ‍ o $f_{s}$ ‍)	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 ( $μ$ ‍)	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 $μ_{s}$ ‍ es para superficies no deslizantes, mientras que el cinético $μ_{k}$ ‍ es para superficies deslizantes.

[¿Cómo el coeficiente de fricción puede ser mayor que 1?]

Ecuaciones

Ecuación	Significado de los símbolos	Significado en palabras
$\| \vec{F_{f, k}} \| = μ_{k} \| \vec{F_{N}} \|$ ‍	$F_{f, k}$ ‍ es la fricción cinética, $μ_{k}$ ‍ es el coeficiente de fricción cinética y $F_{N}$ ‍es 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.
$\| \vec{F_{f, s}} \| \leq μ_{s} \| \vec{F_{N}} \|$ ‍	$F_{f, s}$ ‍ es la fricción estática, $μ_{s}$ ‍ es el coeficiente de fricción estática y $F_{N}$ ‍ 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.
$μ = \frac{\| \vec{F_{f}} \|}{\| \vec{F_{N}} \|}$ ‍	$F_{f}$ ‍ es la fricción, $μ$ ‍ es el coeficiente de fricción y $F_{N}$ ‍ 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_{k}

apunta hacia abajo de la pendiente. Si el objeto se mueve hacia abajo en un plano inclinado,

f_{k}

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_{N}

Coeficiente de fricción ( $μ$ ‍): describe la aspereza entre dos superficies. Un coeficiente de fricción alto produce más fricción.
Fuerza normal ( $F_{N}$ ‍): 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:

| \vec{F_{f}} | \leq μ | \vec{F_{N}} |

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_{ap}

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_{f, s}

impide que el refrigerador de la Figura 4 se mueva. Pero a medida que seguimos aplicando más y más fuerza

F_{ap}

, 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

| F_{ap} | \leq | F_{f, s_{m á x}} |

, el refrigerador permanece en reposo. Esto se describe mediante la siguiente ecuación:

| \vec{F_{f, s}} | \leq μ_{s} | \vec{F_{N}} |

Fricción cinética

Una vez que un objeto comienza a deslizarse, la fricción cinética

F_{f, k}

actúa con una cantidad constante para resistir el movimiento de deslizamiento:

| \vec{F_{f, k}} | = μ_{k} | \vec{F_{N}} |

Errores conceptuales comunes

Las personas a menudo confunden el coeficiente de fricción $μ$ ‍ con la fuerza de fricción $F_{f}$ ‍. El coeficiente de fricción es un número que describe las interacciones entre superficies, no es una fuerza. Para encontrar la fuerza de fricción,

μ

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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