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NO ME SALEN
APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS RESUELTOS DE FÍSICA DEL CBC
Fuerzas de rozamiento
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FUERZAS DE ROZAMIENTO
Esta es la historia de una interacción misteriosa, oculta, escondida. Que cuando salió a la luz sentó las bases de una revolución científica, en la que Galileo Galilei tomó la delantera. Te la presento con este experimento.
Supongamos que tenemos un bloque apoyado en el piso y lo empujamos con una fuerza lateral... pero pese a nuestro intento el bloque no se mueve: |
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Ahí aparecen las fuerzas que obran sobre el bloque. El peso del bloque, P, y el apoyo del piso, N, son las fuerzas verticales. Y en la dirección paralela al piso la fuerza con la que empujamos al bloque, F.
No vemos que haya nadie más interactuando con el bloque... pero éste no se mueve, luego, su aceleración es cero. Y como confiamos en Newton y su Segunda Ley, ΣFx = m ax, no nos cabe más que concluir que alguna otra fuerza, también horizontal, de igual en módulo que F y sentido contrario debe estar actuando. La llamaremos fuerza misteriosa, Fm.
Como somos obstinados y estamos decididos a mover el bloque, podemos hacer una fuerza mayor, F'; pero si el bloque continúa sin moverse habrá que concluir que la fuerza misteriosa también es capaz de crecer, y ahora habrá adoptado un valor Fm'.
Si continuamos aumentando la fuerza de empuje, encontraremos que la fuerza misteriosa también continúa aumentando... pero, por suerte, siempre existe un valor de fuerza de empuje, o de tracción, que la fuerza misteriosa no puede igualar, y a partir de ahí se rompe el equilibrio y se produce el movimiento.
¿Desaparece la fuerza misteriosa cuando el bloque está moviéndose? El experimento nos dice que no. Si retiro la fuerza del empuje el bloque se vuelve a detener. Y para mantenerlo en movimiento -digamos, a velocidad constante- hay que seguir empujando, por suerte, con una fuerza bastante menor que la que tuvimos que hacer para poner el bloque en movimiento. |
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| Una clave importante sobre la fuerza misteriosa la provee el siguiente experimento: es el mismo que el anterior, pero se realiza con un cuerpo apoyado arriba del bloque. |
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Y el resultado es cualitativamente idéntico al anterior... pero la fuerza máxima que hay que derrotar para poner el bloque en movimiento resulta mayor que antes... Y la fuerza para mantener velocidad constante una vez logrado el movimiento también.
Y lo único que cambió entre un experimento y otro es la fuerza de contacto entre el bloque y el piso. |
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Todas las dudas se despejan cuando repetimos una y otra vez el mismo experimento pero cambiando las superficies del apoyo, por ejemplo, sobre un piso de madera, de baldosas, de hielo, de mosaicos encerados... Cuanto más lisas son las superficies menores son las fuerzas; cuanto más rugosas, mayores.
La fuerza misteriosa es el rozamiento entre las superficies que quieren deslizar, o que ya están deslizando. Y el resultado de los experimentos lo podemos sintetizar en estas tres brevísimas expresiones: |
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Roze = Tracc. RozeMáx = μe . N Rozdin = μd . N |
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La primera ecuación nos dice que la fuerza de rozamiento estática, Roze, es igual a la fuerza de tracción (el empuje en nuestro experimento) que intenta poner los cuerpos en deslizamiento.
La segunda ecuación nos dice que la fuerza de rozamiento estática máxima, RozeMáx, que es aquella que actúa justo antes de que los cuerpos entren a deslizar, es igual a un coeficiente de rozamiento estático, μe, un factor que representa la rugosidad de las superficies enfrentadas, por la fuerza de contacto entre el piso y el bloque, o sea la fuerza con que se unen los cuerpos que están rozando, N.
La tercera ecuación nos dice que la fuerza de rozamiento dinámica, Rozdin, que es aquella que actúa cuando los cuerpos ya están deslizando, es igual a un coeficiente de rozamiento dinámico, μd, un factor que representa la rugosidad de las superficies enfrentadas y deslizando, por la fuerza de contacto entre el piso y el bloque, N.
Mirá el gráfico que cuenta los experimentos: |
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Los coeficientes de rozamiento, tanto estático como dinámico suelen hallarse tabulados para aquellos pares de superficies relevantes para la industria. Si no los hallás, de todos modos, son muy fáciles de calcular.
Se trata de a-dimensionales, no tienen unidades, son sólo un número, que representa la rugosidad entre un par de superficies cuando se enfrentan quietas, μe, o cuando se enfrentan deslizando una con otra, μd. |
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En general se trata de valores comprendidos entre 0 y 1... pero también los hay mayores. También por lo general (salvo raras excepciones) el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el dinámico.
μe > μd
Como vas a ver en los ejercicios no siempre la fuerza de rozamiento estático se opone al movimiento. Más aún: en general, el movimiento se logra gracias a una fuerza de rozamiento. Recordá esto, que la diferencia es importante: |
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es MENTIRA que
LA FUERZA DE ROZAMIENTO SE OPONE AL MOVIMIENTO |
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| Aunque te resulte sorprendente muchos textos de Física incurren en este error gravísimo. La diferencia te puede parecer sutil -ahora- pero vas a ver que es fundamental. |
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es VERDAD que
LA FUERZA DE ROZAMIENTO SE OPONE AL DESLIZAMIENTO |
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Te voy a dar un sólo ejemplo, ahora, para que las frases anteriores cobren sentido, pero creeme que la diferencia es importantísima, y no advertirla lleva a cometer muchos errores.
El ejemplo: subite a una cinta transportadora, en un aeropuerto. ¿Quién te creés que te mueve hacia adelante? ¿Cuál te pensás que es la fuerza que logra ponerte en movimiento, y que lejos de oponerse es la que gracias a ella llegás hasta el preembarque? ¡El rozamiento, of course, departures gate 10! |
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| CHISMES IMPORTANTES: |
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- En todos los desplazamientos (excepto en el vacío y en las escalas subatómicas) el rozamiento es inevitable. Las mesas de aire para jugar al tejo logran reducir el rozamiento considerablemente, el coeficiente ronda el milésimo.
- Los físicos aristotélicos observaban que para que un carro permaneciese en movimiento había que imprimirle constantemente una fuerza de tiro. Semejante error obedecía a que pasaban por alto la fuerza de rozamiento que frenaba al carro al desaparecer el tiro. En base a ese error se fundaba la mecánica aristotélica. Imaginate el despiole que se armó cuando llegó Galileo y dijo que en ausencia de fuerzas los carros debían proseguir con velocidad constante.
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| PREGUNTAS CAPCIOSAS: |
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- El rozamiento sobre agua es menor que el rozamiento sobre aceite... ¿por qué entonces se lubrica con aceite y no se lubrica con agua?
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| Algunos derechos reservados.
Se permite su reproducción citando la fuente. Última actualización jun-09. Buenos Aires, Argentina. |
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