Cómo encontrar el coeficiente de fricción: métodos experimentales

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 17:45

La fricción es el proceso físico sin el cual el movimiento mismo de nuestro mundo no podría existir. En física, para calcular el valor absoluto de la fuerza de fricción, es necesario conocer un coeficiente especial para las superficies de fricción bajo consideración. ¿Cómo encontrar el coeficiente de fricción? Este artículo responderá a esta pregunta.

Fricción en física

Antes de responder a la pregunta de cómo encontrar el coeficiente de fricción, es necesario considerar qué es la fricción y qué fuerza la caracteriza.

En física, hay tres tipos de este proceso que ocurre entre objetos sólidos. Esta es la fricción del reposo, el deslizamiento y el rodamiento. La fricción siempre ocurre cuando una fuerza externa intenta mover un objeto. La fricción por deslizamiento, como sugiere su nombre, ocurre cuando una superficie se desliza sobre otra. Finalmente, la fricción de rodadura ocurre cuando un objeto redondo (rueda, bola) rueda sobre alguna superficie.

Lo que todos los tipos tienen en común es que impiden que cualquieramovimiento y el punto de aplicación de sus fuerzas está en el área de contacto entre las superficies de dos objetos. Además, todos estos tipos convierten la energía mecánica en calor.

Las fuerzas de deslizamiento y fricción estática son causadas por rugosidades microscópicas en las superficies que rozan. Además, estos tipos se deben a interacciones dipolo-dipolo y otros tipos de interacciones entre átomos y moléculas que forman cuerpos en fricción.

La causa de la fricción por rodadura está relacionada con la histéresis de la deformación elástica que aparece en el punto de contacto entre el objeto rodante y la superficie.

Fuerza de fricción y coeficiente de fricción

Los tres tipos de fuerzas de fricción sólidas se describen mediante expresiones que tienen la misma forma. Aquí está ella:

F_t=µ_tN.

Aquí N es la fuerza que actúa perpendicularmente a la superficie del cuerpo. Se llama la reacción de apoyo. El valor µ_{t- se denomina coeficiente del tipo de fricción correspondiente.}

Los coeficientes de fricción por deslizamiento y reposo son cantidades adimensionales. Esto se puede entender observando la igualdad de la fuerza de fricción y el coeficiente de fricción. El lado izquierdo de la ecuación se expresa en newtons, el lado derecho también se expresa en newtons, ya que N es una fuerza.

En cuanto a la fricción por rodadura, el coeficiente también será un valor adimensional, sin embargo, se define como la relación entre la característica lineal de la deformación elástica y el radio del objeto rodante.

Cabe decir que los valores típicos de los coeficientes de deslizamiento y rozamiento en reposo son décimas de unidad. por fricciónrodando, este coeficiente corresponde a las centésimas y milésimas de una unidad.

¿Cómo encontrar el coeficiente de fricción?

Coeficiente µ_{tdepende de una serie de factores que son difíciles de tener en cuenta matemáticamente. Enumeramos algunos de ellos:}

• material de las superficies de fricción;
• calidad de la superficie;
• la presencia de suciedad, agua, etc.;
• temperaturas superficiales.

Por lo tanto, no existe una fórmula para µ_t, y debe medirse experimentalmente. Para entender cómo encontrar el coeficiente de fricción, debe expresarse a partir de la fórmula para F_{t. Tenemos:}

µ_t =F_t/N.

Resulta que para saber µ_{t es necesario encontrar la fuerza de fricción y la reacción del soporte.}

El experimento correspondiente se realiza de la siguiente manera:

1. Tome un cuerpo y un plano, por ejemplo, de madera.
2. Sujete el dinamómetro al cuerpo y muévalo uniformemente sobre la superficie.

Al mismo tiempo, el dinamómetro muestra cierta fuerza, que es igual a F_{t. La reacción del suelo es igual al peso del cuerpo sobre una superficie horizontal.}

El método descrito le permite comprender cuál es el coeficiente de fricción estática y deslizante. Del mismo modo, puede determinar experimentalmente µ_trolling.

Otro método experimental para determinar µ_{t se presenta en forma de problema en el siguiente párrafo.}

Problema para calcular µt

La viga de madera está sobre la superficie de vidrio. Al inclinar suavemente la superficie, encontramos que el deslizamiento de la viga comienza en un ángulo de inclinación de 15o. ¿Cuál es el coeficiente de fricción estática para un par de madera y vidrio?

Cuando la viga estaba en un plano inclinado a 15o, entonces la fuerza de fricción en reposo tenía un valor máximo. Es igual a:

F_t=mgsen(α).

La fuerza N se determina mediante la fórmula:

N=mgcos(α).

Aplicando la fórmula para µ_{t, obtenemos:}

µ_t=F_{t/N=mgsen(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Sustituyendo el ángulo α, llegamos a la respuesta: µ_{t=0, 27.}