La fricción es un fenómeno que encontramos en la vida cotidiana todo el tiempo. Es imposible determinar si la fricción es dañina o beneficiosa. Dar incluso un paso sobre hielo resbaladizo parece una tarea difícil, caminar sobre una superficie de asf alto irregular es un placer. Las piezas de automóviles sin lubricación se desgastan mucho más rápido.
El estudio de la fricción, el conocimiento de sus propiedades básicas permite que una persona lo use.
La fuerza de fricción en la física
La fuerza que surge del movimiento o intento de movimiento de un cuerpo sobre la superficie de otro, dirigida contra la dirección del movimiento, aplicada a los cuerpos en movimiento, se llama fuerza de fricción. El módulo de fuerza de fricción, cuya fórmula depende de muchos parámetros, varía según el tipo de resistencia.
Se distinguen los siguientes tipos de fricción:
• descanso;
• resbalón;
• rodando.
Cualquier intento de mover un objeto pesado (gabinete, piedra) de su lugar conduce a la tensión de la fuerza de una persona. Al mismo tiempo, no siempre es posible poner el objeto en movimiento. La fricción del descanso interfiere con esto.
Estado de reposo
Fórmula de cálculo de la fuerza de fricción estáticano nos permite determinarlo con suficiente precisión. En virtud de la tercera ley de Newton, la magnitud de la fuerza de resistencia estática depende de la fuerza aplicada.
A medida que aumenta la fuerza, también lo hace la fuerza de fricción.
0 < Fproblema de descanso < Fmax
La fricción de apoyo evita que se caigan los clavos clavados en la madera; los botones cosidos con hilo se mantienen firmemente en su lugar. Curiosamente, es la resistencia del descanso lo que permite que una persona camine. Además, está dirigido en la dirección del movimiento humano, lo que contradice el estado general de las cosas.
Fenómeno de deslizamiento
Cuando la fuerza externa que mueve el cuerpo aumenta al valor de la mayor fuerza de fricción estática, comienza a moverse. La fuerza de fricción por deslizamiento se considera en el proceso de deslizamiento de un cuerpo sobre la superficie de otro. Su valor depende de las propiedades de las superficies que interactúan y de la fuerza de la acción vertical sobre la superficie.
Fórmula de cálculo para la fuerza de fricción por deslizamiento: F=ΜP, donde Μ es el coeficiente de proporcionalidad (fricción por deslizamiento), P es la fuerza de presión vertical (normal).
Una de las fuerzas impulsoras es la fuerza de fricción por deslizamiento, cuya fórmula se escribe utilizando la fuerza de reacción del soporte. Debido al cumplimiento de la tercera ley de Newton, las fuerzas de presión normal y la reacción del soporte son iguales en magnitud y de dirección opuesta: Р=N.
Antes de encontrar la fuerza de fricción, cuya fórmula tiene una forma diferente (F=M N), determine la fuerza de reacción.
El coeficiente de resistencia al deslizamiento se introduce experimentalmente para dos superficies de fricción, depende de la calidad de su procesamiento y material.
Mesa. El valor del coeficiente de resistencia para varias superficies
| páginas | Superficies que interactúan | Valor del coeficiente de fricción por deslizamiento |
| 1 | Acero+hielo | 0, 027 |
| 2 | Roble+roble | 0, 54 |
| 3 | Cuero+hierro fundido | 0, 28 |
| 4 | Bronce+hierro | 0, 19 |
| 5 | Bronce+hierro fundido | 0, 16 |
| 6 | Acero+acero | 0, 15 |
La mayor fuerza de fricción estática, cuya fórmula se escribió anteriormente, se puede determinar de la misma manera que la fuerza de fricción deslizante.
Esto se vuelve importante cuando se resuelven problemas para determinar la fuerza de la resistencia de conducción. Por ejemplo, un libro, que es movido por una mano presionada desde arriba, se desliza bajo la acción de la fuerza de resistencia en reposo que surge entre la mano y el libro. La cantidad de resistencia depende del valor de la fuerza de presión vertical sobre el libro.
Fenómeno rodante
La transición de nuestros ancestros de carrozas a carruajes se considera revolucionaria. La invención de la rueda es el mayor invento de la humanidad. La fricción de rodadura que se produce cuando una rueda se mueve sobre una superficie es significativamente inferior en magnitud a la resistencia al deslizamiento.
La aparición de fuerzas de fricción por rodadura está asociada a las fuerzas de presión normal de las ruedas sobre la superficie, tiene una naturaleza que la distingue del deslizamiento. Debido a la ligera deformación de la rueda, surgen diferentes fuerzas de presión en el centro del área formada ya lo largo de sus bordes. Esta diferencia de fuerzas determina la aparición de resistencia a la rodadura.
La fórmula de cálculo de la fuerza de rozamiento por rodadura suele tomarse de manera similar al proceso de deslizamiento. La diferencia se ve solo en los valores del coeficiente de arrastre.
La naturaleza de la resistencia
Cuando cambia la rugosidad de las superficies de fricción, también cambia el valor de la fuerza de fricción. A gran aumento, dos superficies en contacto parecen protuberancias con picos afilados. Cuando se superponen, son las partes sobresalientes del cuerpo las que están en contacto entre sí. El área total de contacto es insignificante. Al mover o intentar mover cuerpos, los "picos" crean resistencia. La magnitud de la fuerza de fricción no depende del área de las superficies de contacto.
Parece que dos superficies perfectamente lisas no deberían experimentar absolutamente ninguna resistencia. En la práctica, la fuerza de fricción en este caso es máxima. Esta discrepancia se explica por la naturaleza del origen de las fuerzas. Estas son fuerzas electromagnéticas que actúan entre los átomos de los cuerpos que interactúan.
Los procesos mecánicos que no van acompañados de fricción en la naturaleza son imposibles, porque la capacidad de "apagar"no hay interacción eléctrica entre cuerpos cargados. La independencia de las fuerzas de resistencia de la posición mutua de los cuerpos nos permite llamarlas no potenciales.
Es interesante que la fuerza de fricción, cuya fórmula cambia según la velocidad de los cuerpos que interactúan, es proporcional al cuadrado de la velocidad correspondiente. Esta fuerza incluye la fuerza de la resistencia viscosa en un fluido.
Movimiento en líquido y gas
El movimiento de un cuerpo sólido en un líquido o gas, líquido cerca de una superficie sólida se acompaña de una resistencia viscosa. Su ocurrencia está asociada con la interacción de capas fluidas arrastradas por un cuerpo sólido en el proceso de movimiento. Las diferentes velocidades de capa son una fuente de fricción viscosa. La peculiaridad de este fenómeno es la ausencia de fricción estática fluida. Independientemente de la magnitud de la influencia externa, el cuerpo comienza a moverse mientras está en el líquido.
Dependiendo de la velocidad del movimiento, la fuerza de resistencia está determinada por la velocidad del movimiento, la forma del cuerpo en movimiento y la viscosidad del fluido. El movimiento en agua y aceite de un mismo cuerpo va acompañado de resistencias de distinta magnitud.
Para velocidades bajas: F=kv, donde k es el factor de proporcionalidad que depende de las dimensiones lineales del cuerpo y las propiedades del medio, v es la velocidad del cuerpo.
La temperatura del fluido también afecta la fricción en él. En clima helado, el automóvil se calienta para que el aceite se caliente (su viscosidad disminuye) y ayuda a reducir la destrucción de las partes del motor en contacto.
Acelerar movimiento
Un aumento significativo en la velocidad del cuerpo puede causar la aparición de flujos turbulentos, mientras que la resistencia aumenta dramáticamente. Los valores son: el cuadrado de la velocidad de movimiento, la densidad del medio y la superficie del cuerpo. La fórmula de la fuerza de fricción adopta una forma diferente:
F=kv2, donde k es el factor de proporcionalidad que depende de la forma del cuerpo y las propiedades del medio, v es la velocidad del cuerpo.
Si el cuerpo es aerodinámico, se pueden reducir las turbulencias. La forma del cuerpo de los delfines y las ballenas es un ejemplo perfecto de las leyes de la naturaleza que afectan la velocidad de los animales.
Enfoque energético
Para hacer el trabajo de mover el cuerpo se ve obstaculizado por la resistencia del medio ambiente. Cuando usan la ley de conservación de la energía, dicen que el cambio en la energía mecánica es igual al trabajo de las fuerzas de fricción.
El trabajo de la fuerza se calcula mediante la fórmula: A=Fscosα, donde F es la fuerza bajo la cual el cuerpo se mueve una distancia s, α es el ángulo entre las direcciones de la fuerza y el desplazamiento.
Obviamente, la fuerza de resistencia es opuesta al movimiento del cuerpo, por lo que cosα=-1. El trabajo de la fuerza de fricción, cuya fórmula es Atr=- Fs, el valor es negativo. En este caso, la energía mecánica se convierte en energía interna (deformación, calentamiento).
