[A349] Características del Rozamiento o suposiciones en Fricción (II)

Previamente ver:

[A348] Características del Rozamiento o suposiciones en Fricción (I)

Área de la superficie de contacto

Responder antes de continuar: ¿El valor de la fuerza de rozamiento depende del tamaño de la superficie de apoyo? ¿Hay que hacer la misma fuerza para empujar una mesa de madera que está apoyada en el piso, que para empujar la misma mesa con las patas para arriba (suponiendo que tanto la tabla como las patas son del mismo material y tienen igual pulido)?

Superficie de contacto = Área de apoyo entre las 2 superficies.

Al arrastrar un ladrillo por el piso (ambos materiales homogéneos), la fuerza que tendremos que hacer va a ser la misma cualquiera que sea la cara del ladrillo que esté apoyada.

Sería el mismo caso de la mesa cuando se encuentra ‘patas para arriba’ el peso se distribuye en toda la tabla originando una presión (fuerza por unidad de superficie) y el encastre de las rugosidades genera una determinada fuerza de rozamiento. 

Al invertir la mesa y como el peso es el mismo pero la superficie de apoyo es muy chica (las 4 patas), aumenta considerablemente la presión sobre el piso, entonces podemos interpretar que esta situación favorece el encastre, que ahora es mucho más profundo, originando de esta manera unas ‘microfuerzas’ considerablemente mayores que en la situación anterior. Luego el valor de la sumatoria es prácticamente el mismo en ambos casos.

La fuerza de fricción depende muy poco de la superficie total de contacto, por este motivo se considera independiente. NO es una ley, es una conclusión experimental.

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[V] Friction. Clase de Walter Lewin en el MIT (habilitar subtítulos en español)

Este supuesto tiene validez suficiente para ser útil en muchas circunstancias. Dentro de las excepciones podemos mencionar que en los neumáticos anchos se tiene mejor tracción que en los neumáticos estrechos, y que no se modifica la distancia normal de frenado de un coche. Con neumáticos anchos o con baja presión se puede obtener una mejor tracción en la nieve, ya que la presión cambia el coeficiente de fricción, como veremos a continuación.

Presión con la que se forma el contacto

Responder antes de continuar: ¿La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que el plano ejerce sobre el cuerpo? ¿La fuerza normal es igual a la fuerza peso en cualquier caso?

En el caso de un cuerpo apoyado sobre un plano horizontal se puede comprobar que el rozamiento, al ser proporcional a la Normal, también lo es a la fuerza peso.

Pero también se presentan otros casos donde aparecen fuerzas externas (pueden ser oblícuas) o el cuerpo puede deslizarse (hacia arriba o hacia abajo) sobre un plano inclinado. En esos casos la normal no coincide con la fuerza peso, como puede observarse en la figura de arriba. 

En todos los casos vistos el objeto está en reposo o con movimiento rectilíneo, si el movimiento es curvo (ej.: móvil sobre curva peraltada), la fuerza normal se determina por el análisis de la situación, dependiendo en este caso de la velocidad del coche y del ángulo del peralte. Otro caso interesante para analizar es el de un ascensor con movimiento acelerado.

En todos los casos de rozamiento que analicemos, tanto el valor de la fuerza máxima de rozamiento, como la fuerza de rozamiento dinámica, dependerán del valor de la fuerza Normal y del coeficiente de roce entre ambas superficies.

Conclusiones

Si bien las 3 características del rozamiento mencionadas se utilizarán para la resolución de ejercicios, no debemos tomarlas como regla general, ya que en unos muy pocos casos particulares:

• La FROZ puede no ser directamente proporcional a la normal. 
• La FROZ puede llegar a depender del área de contacto.

Fuentes:

Nave, C. Hyperphysics. Georgia State University. Link.

Resnik; Halliday y Krane (2001). Física Vol I. Edic. 4°.

Tipler y Mosca (2003). Física para la ciencia y la tecnología (p. 109 a 114).

Tippens (2011). Física: Conceptos y Aplicaciones. Edic. 7°.

Imagen1. Imagen2.