[A340] Rozamiento

Recordemos que según las Leyes de la Dinámica (Isaac Newton las enunció en 1687), en todo cuerpo que está en reposo o en movimiento uniforme (velocidad constante) la resultante de las fuerzas que actúan tiene valor nulo. Empezamos nuestro planteo considerando:

La historia de don Raúl

Raúl es un joven vecino del barrio con 80 años cumplidos, al que se le ocurrió ordenar una vieja habitación donde guarda sus cosas. En concreto quiere desplazar un viejo cajón donde guarda sus herramientas de albañilería.
Podemos pensar lo siguiente: necesariamente el cajón tiene que estar en equilibrio de fuerzas, ya que si el peso "P" fuera mayor que la normal "N" el auto se estaría hundiendo en el piso de la habitación, e inversamente si "N" fuera mayor que "P" el auto flotaría cual plato volador; entonces las dos únicas fuerzas que están actuando ahora (P y N) necesariamente se tienen que contrarrestar, siendo nula la resultante del sistema de fuerzas (y de esta forma no contradecimos a Isaac, menos mal). Si dibujamos un diagrama de cuerpo libre, las fuerzas que consideramos son:

Cómo Raúl a su edad no puede hacer grandes esfuerzos, le pide ayuda a su sobrino Diego, que luego de aplicar toda la fuerza de que es capaz no puede mover el cajón. ¿Qué ha ocurrido? Raúl, con su humor característico, miró la parte delantera del cajón como buscando a alguien invisible que le hiciera la "contra" a Diego, y le dijo “Tenés que vencer la fuerza del monstruo”. A esta altura podemos pensar que Raúl tiene mucho sentido común (o bien es un “Físico” jubilado).
Analicemos un poco el caso. Si se aplicó una fuerza y el cajón no se desplazó, significa que otra fuerza equilibró a la que ejerció Diego, fuerza que por ahora atribuiremos al “monstruo” que mencionó Raúl (solo por ahora).
Diego decide buscar ayuda y llama a Franco (un vecino), entre los dos intentan empujarlo, pero el cajón no se mueve. Veamos, entre los dos hicieron mucha más fuerza que cuando estaba Diego solo, al no moverse significa que nuestro “monstruo” invisible también hizo mayor fuerza para equilibrar el sistema. Los dos vecinos, heridos ya sus orgullos, llaman a un tercer voluntario y felizmente deslizan el armatoste al lugar donde Raúl quería, notando además que luego de sacarlo de su estado de reposo les cuesta un poco menos de esfuerzo mantenerlo a velocidad constante.

Análisis del caso

Responder antes de continuar: ¿Qué dice nuestra experiencia sobre los momentos en que nos tocó empujar un cajón, mueble o lo que sea?

¿Qué hubiera pasado si antes de empujar el cajón hubieran aliviado su peso? Obviamente los ayudantes hubieran aplicado menor fuerza para desplazar al cajón, les hubiera costado menor esfuerzo. Por lo tanto se puede determinar que hay una relación directa entre la fuerza que tenemos que aplicar y el peso del objeto a deslizar por el piso horizontal.

Este fenómeno también depende del tipo de superficie sobre la que se encuentre, no es lo mismo que esté sobre madera, granito pulido, cemento alisado, etc., pero también del material del piso del cajón, y aquí tenemos otra conclusión, mientras más lisas sean las superficies, más fácil será sacarlo del reposo.

Bien, ya podemos develar el misterio y decir que el “monstruo” al que irónicamente se refería Raúl, no es ni más ni menos que el rozamiento que se produce entre la superficie externa del fondo del cajón y la superficie del piso de la habitación. Luego veremos que esta fuerza de contacto depende del peso del objeto a deslizar (o de una de sus componentes si la superficie no es horizontal) y de una característica propia de las dos superficies que están en contacto.
Para simplificar vamos a trabajar con el Centro de Masa, o sea que toda la masa del cuerpo se considera concentrada en un punto.

Leer también:

[M21] Serway; Jewett) (2008). Fisica para ciencias e ingenieria Vol 1. Cap5 (Material obligatorio)

Fuentes:
Cabrera, R. (2010).Ejercicios de Física y Biofísica. Eudeba. Argentina.
Giancoli (2006). Física Vol. 1. Ed. 6°.