ROZAMIENTO
La fuerza de rozamiento, es un tipo de
fuerza interna que aparece cuando dos cuerpos interactúan por contacto, manifestándose
entre ellos un movimiento relativo, surgiendo la fuerza de fricción
paralelamente a las superficies en contacto.
Esta fuerza surge cuando la superficie rugosa
de un cuerpo intenta deslizarse sobre la superficie rugosa de otro cuerpo.
La fuerza
de rozamiento o fuerza de fricción es independiente a las áreas de las
superficies en contacto y siempre se oponen al deslizamiento de los
cuerpos.
Una fuerza
(F) se aplica a un cuerpo en reposo que se encuentra sobre una superficie
rugosa:
W = peso
del cuerpo
F = fuerza
Fuerza de rozamiento (f):
Fuerza que surge cuando la superficie
rugosa de un cuerpo intenta deslizarse sobre la superficie rugosa de otro
cuerpo.
Fuerza de normal (FN):
Fuerza que
surge debido a la presión de un cuerpo sobre otro. Se grafica
perpendicularmente a las superficies en contacto.
Fuerza de reacción (FR):
Fuerza
resultante entre las fuerzas de rozamiento y reacción.
FR =
- La única
fuerza que la superficie aplica al cuerpo en estudio es la REACCION
- El valor de la fuerza de fricción es directamente
proporcional a la fuerza de reacción normal.
- El valor de la fuerza de fricción es
independiente del área de las superficies en contacto.
- La fuerza de fricción es independiente
de la velocidad relativa de deslizamiento, siempre que esta sea pequeña.
- La fuerza de fricción se opone a la
velocidad relativa de deslizamiento.
COEFICIENTE DE ROZAMIENTO (μ)
Es una magnitud adimensional que se define
como la tangente trigonométrica del ángulo máximo de rozamiento.
El valor del coeficiente de rozamiento, es
característica de las superficies en contacto.
μ
= tanθ =
|
f = μFN
|
CLASES DE ROZAMIENTO
● Si a un
cuerpo en reposo sobre un plano se le aplica una fuerza para intentar ponerlo
en movimiento (aunque no llegue a deslizar), se le denomina Fuerza de rozamiento estática.
● Cuando dicho cuerpo desliza sobre un plano, se le
denomina Fuerza de rozamiento cinética.
FUERZA
DE ROZAMIENTO ESTATICA (fs):
La fuerza
de rozamiento estática (fs) aparece cuando aplicamos una fuerza a un
cuerpo para intentar que deslice.
fs
= Fuerza rozamiento estática
FN
= Fuerza normal
Si la
fuerza aplicada está por debajo de determinado valor no se iniciará el
deslizamiento, debido a que la fuerza de rozamiento estática equilibra la
fuerza aplicada. Si aumentamos el valor de la fuerza aplicada, aumenta el valor
de la fuerza de rozamiento estática y el cuerpo permanece en reposo.
Si
seguimos aumentando la fuerza llegará un momento que el cuerpo comienza a
deslizar.
Movimiento
Inminente
|
Fs(max) = μsN
|
μs = coeficiente de
fricción estática
Si
incrementamos la magnitud F, en algún momento el bloque se deslizará. Cuando el
bloque está a punto de deslizarse, fs es un máximo, y se llama fuerza de
fricción estática máxima fs(máx) (movimiento inminente = a punto de deslizar)
Cuando F
supera a fs(max), el bloque se desliza.
La fuerza
de rozamiento estática no puede crecer indefinidamente.
Su valor
máximo viene dado por la expresión:
|
fs = μsFN
|
FUERZA
DE ROZAMIENTO CINETICA (fk):
La fuerza
de rozamiento cinética es ejercida por el plano sobre los cuerpos y es la
responsable de que éstos disminuyan su velocidad si se dejan deslizar
libremente. De aquí (primera ley de Newton) que si queremos que un cuerpo que desliza
sobre un plano no disminuya su velocidad, debemos de empujarlo (aplicar una
fuerza).
|
fk = μkFN
|
fk
= Fuerza de rozamiento cinética
𝛍k =
Coeficiente de rozamiento cinético
FN = Fuerza normal
Si el
bloque se encuentra moviéndose con velocidad constante se cumple:
μk
= Tgɸk
Ejemplo 1: Hallar la fuerza que debe aplicar a un cuerpo de 10
toneladas para que empiece a mover. (μk = 0,2 y μs = 0,6) (g = 10m/s2)
-
DCL
m = 10toneladas = 10000kg
mg =(10000kg)(10m/s2)
= 100000N
- Para empezar el
movimiento se utiliza μs
(Siempre μs > μk)
Ʃy
= 0 →
mg – FN = 0
FN
= mg = 10000N
-
Fuerza F > fr
fr
= μsFN
→ fr
= (0,6)(100000N) = 60000N
-
Analizamos:
F
< 60000N →
El cuerpo no se mueve
F
= 60000N →
movimiento inminente
F
> 60000N →
El cuerpo se mueve
F
debe ser mayor a 60000N para que empiece el movimiento.
Aceleración
en un plano inclinado rugoso
-
Cuando el bloque desciende:
|
a =
g(senθ – μcosθ)
|
-
Cuando el bloque asciende:
|
a =
g(senθ + μcosθ)
|
PROBLEMAS PROPUESTOS
1. Un auto desciende una colina desde el reposo, si μs
= 0,6. Hallar la aceleración del auto. (10m/s2)
a) 1m/s2
b) 2m/s2
c) 3m/s2
d)
4m/s2
e)
0,5m/s2
2. En sistema mostrado el bloque1 experimenta una fuerza de
rozamiento de 30N. Si ambos bloques están hechos del mismo material, Hallar la
fuerza que actúa entre ambos bloques. m1 = 3m2
a) 35N b)
30N c) 25N
d)
20N e)
15N
3. Un bloque de masa m es lanzada sobre una superficie rugosa (μk
= 0,2). Hallar su aceleración. (g = 10m/s2)
a) 5m/s2 b)
4m/s2 c) 3m/s2
d)
2m/s2 e)
1m/s2
4. Hallar fr si el sistema mostrado no resbala.
μs
= 0,75 y g = 10m/s2
a) 20N
b) 22N
c) 25N
d)
30N
e)
40N
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