Ecuaciones físicas: fricción y planos inclinados

Escrito por john brennan | Traducido por laura de alba
Ecuaciones físicas: fricción y planos inclinados

Las ecuaciones para la fricción cinética y la fricción estática son muy parecidas.

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La fuerza que resiste el movimiento de un objeto en descanso se llama fricción estática; para un objeto en movimiento, se llama fricción cinética o de deslizamiento. Las ecuaciones que utilizan para calcular ambas fricciones son muy similares y son muy simples para una superficie horizontal. Para una pendiente como el lado de una colina, sin embargo, existe otra consideración a tener en cuenta.

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Ecuación básica

Puedes estimar la fricción estática y cinética utilizando la siguiente ecuación simple: fricción = coeficiente x fuerza normal. El coeficiente depende de las superficies (una superficie de mármol en contacto con una caja de acero, por ejemplo, tendrá un coeficiente diferente que una caja de zinc en contacto con una superficie de madera). También depende de si el objeto ya se encuentra en movimiento. Si ya se encuentra en movimiento, el coeficiente regularmente más pequeño y por lo tanto la fricción cinética es generalmente menor que el máximo de fuerza que la fricción estática puede ejercer.

Fuerza normal

El otro componente de esta ecuación es la fuerza normal. En una superficie horizontal y plana, esto equivale al peso del objeto. En un plano inclinado, sin embargo, la fuerza de gravedad sobre el objeto es un ángulo con respecto a la superficie, así que la fuerza que jala al objeto sobre la superficie es únicamente igual a parte de su peso. Para un plano inclinado, puedes calcular esta fuerza normal utilizando el peso y algo de trigonometría de triángulo rectángulo

Ángulos

Lo normal es una línea imaginaria que corre perpendicular a la superficie sobre la que el objeto descansa, por eso el nombre de fuerza normal. La fuerza de gravedad, sin embargo, jala el objeto hacia abajo, así que es un ángulo en el plano inclinado. Si imaginas la fuerza de la gravedad como la hipotenusa, la fuerza normal será la longitud del lado opuesto a la hipotenusa, y el ángulo entre la hipotenusa y el opuesto debe ser igual al ángulo del plano inclinado. Desde aquí, puedes calcular que la fuerza normal sería peso x coseno del ángulo, donde el coseno es una función trigonométrica que puedes calcular utilizando el botón en tu calculadora.

Calculando los coeficientes de la estática

La simplicidad de esta ecuación hace bastante sencillo medir los coeficientes de la fricción estática para varios tipos de materiales. Si tienes una hoja de plástico plana, madera o cualquier otro material que quieras investigar, puedes colocar un objeto encima de esta placa y después incrementar el ángulo entre tu plano inclinado y el piso hasta que el objeto comience deslizarse. Mide el ángulo entre el plano y el piso una vez que esto suceda y toma la tangente de su ángulo (el botón TAN en tu calculadora) y tendrás el coeficiente de la fricción estática.

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