Iniciar sesión Empieza a estudiar
La app de estudio todo en uno
4.8 • +11 mil reviews
Más de 3 millones de descargas
Free
|
|

All-in-one learning app

  • Flashcards
  • NotesNotes
  • ExplanationsExplanations
  • Study Planner
  • Textbook solutions
Start studying

Fricción

Fricción

La fricción tiene un papel fundamental en nuestra vida cotidiana: podemos caminar o conducir un coche gracias a la presencia de la fricción. La fuerza de fricción es el resultado de la interacción entre átomos y moléculas. En la superficie, dos objetos pueden parecer muy lisos; pero, a escala molecular, hay muchas zonas rugosas que causan esta fricción.

Significado de fricción

Cuando un objeto está en movimiento, o en reposo sobre una superficie o en un medio (como el aire o el agua), existe una resistencia que se opone a su movimiento y tiende a mantenerlo en reposo. Esta resistencia se conoce como fricción.

A veces, no queremos tener fricción en un movimiento; para reducirla, se utilizan lubricantes de distintos tipos.

En las máquinas, como la fricción puede desgastar ciertas piezas, se utilizan lubricantes a base de aceite.

Aunque dos superficies que están en contacto pueden parecer muy lisas, a escala microscópica, hay muchos picos y valles que dan lugar a la fricción. En la práctica, es imposible crear un objeto que tenga una superficie absolutamente lisa.

Fricción Explicación de la fricción StudySmarterFig. 1: Representación visual de la interacción entre dos superficies a escala microscópica,

Según la ley de la conservación de la energía, ninguna energía de un sistema se destruye. Por tanto, la fricción debe producir algún tipo de energía; en este caso, produce energía calorífica, que se disipa a través del medio y de los propios objetos.

Fuerza de fricción

La tercera ley de Newton establece que:

Si dos cuerpos ejercen fuerzas entre sí, estas fuerzas son iguales en magnitud y opuestas en dirección"

Como hemos visto, la fricción surge como una resistencia al movimiento. Por lo tanto, se trata de una fuerza contraria al desplazamiento de un objeto: trata de desacelerarlo, intenta frenarlo o —en el caso de que el objeto esté quieto—, bloquea su movimiento.

Esta fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal sobre el objeto. Por lo tanto, cuanto más ligero sea el objeto, menor será el rozamiento:. Donde, la fuerza normal generalmente es .

Para eliminar el signo de proporcionalidad, tenemos que introducir una constante de proporcionalidad, conocida como el coeficiente de fricción —el cual expresamos con el símbolo—.

De esta manera obtenemos la siguiente fórmula:

Como podemos observar, tenemos una desigualdad. Esto se debe a que, en ocasiones, la fuerza de fricción será menor que este valor, dado que está en un régimen estático, en vez de dinámico; es decir, el objeto estará quieto.

Profundizaremos en este tema en los siguientes apartados.

Coeficiente de fricción

El coeficiente de fricciónrelaciona la oposición al movimiento que se produce entre dos superficies que están en contacto —generalmente la superficie de un objeto y el propio suelo—.

Este valor es propio para cada par de superficies que estén en contacto y es adimensional; es decir, no tiene unidades. Además, en función de si el objeto está en movimiento o no, distinguimos entre coeficiente de fricción estático y dinámico . Como hemos visto, los valores deydependen de la naturaleza de las superficies. Puede parecer que un objeto con una mayor superficie de contacto tendrá un mayor coeficiente de fricción, pero el peso del objeto se reparte uniformemente y, por tanto, no afecta al coeficiente de fricción.

El coeficiente dinámico, generalmente, es menor que el estático. Los valores típicos oscilan entrey. Es importante señalar que el valor del coeficiente de rozamiento nunca puede ser negativo.

En la siguiente tabla hay algunos de los coeficientes de fricción más típicos:

Superficies

Caucho sobre hormigón.

0,7

1,0

Acero sobre acero.

0,57

0,74

Aluminio sobre acero.

0,47

0,61

Vidrio sobre vidrio.

0,40

0,94

Cobre sobre acero.

0,36

0,53

Tabla 1: Valores de los coeficientes dinámicos y estáticos para algunas superficies conocidas.

Fricción estática

En un sistema, si todos los objetos están inmóviles con respecto a un observador externo, la fuerza de fricción producida entre los objetos se conoce como fuerza de fricción estática. Como su nombre indica, es la fuerza de rozamiento () que actúa cuando los objetos en interacción están estáticos y se mide en Newtons ().

El sentido de la fuerza de rozamiento es opuesto a la de la fuerza aplicada.

Imaginemos un sistema como el de la figura de abajo, donde tenemos un bloque de masa y una fuerza que actúa sobre él, de forma que el bloque permanece en reposo.

Fricción Fricción estática StudySmarterFig. 2: Todas las fuerzas que actúan sobre una masa en estático situada en una superficie.

Hay cuatro fuerzas que actúan sobre el objeto:

  • Fuerza gravitatoria

  • Fuerza normal

  • Fuerza de fricción estática (en la imagen, )

  • Fuerza aplicada de magnitud

Como estamos en el régimen estático, utilizaremos el coeficiente de fricción estática, el cual expresamos con el símbolo.En este caso, habrá una desigualdad. La magnitud de la fuerza aplicada aumentará hasta un punto, a partir del cual, el objeto comenzará a moverse y ya no tendremos rozamiento estático. Por tanto, el valor máximo del rozamiento estático es. Esto lo podemos expresar de la siguiente manera:

Fricción dinámica

Como acabamos de ver, cuando el objeto está en reposo, la fuerza de rozamiento en acción es el rozamiento estático. Sin embargo, cuando la fuerza aplicada es mayor que el rozamiento estático, el objeto deja de estar inmóvil.

Cuando el objeto está en movimiento, debido a una fuerza externa desequilibrada, la fuerza de fricción asociada al sistema se conoce como fuerza de fricción dinámica o cinética.

En el momento en que la fuerza aplicada supera la fuerza de fricción estática, entra en acción la fricción dinámica. Como su nombre indica, está asociada al movimiento del objeto. La fricción dinámica no aumenta a medida que se incrementa la fuerza aplicada: al principio, disminuye en magnitud y, luego, se mantiene constante.

La fricción dinámica puede clasificarse en tres tipos: por deslizamiento, por rodadura y en fluido.

  • Cuando un objeto puede girar libremente alrededor de un eje (una esfera en un plano inclinado), la fuerza de fricción se conoce como fricción por rodadura.

  • Cuando un objeto se mueve en un medio como el agua o el aire, el medio ejerce una resistencia que se conoce como fricción en fluido. En este caso, fluido no solo significa líquido, ya que los gases también se consideran fluidos.

  • Cuando un objeto no es circular y solo puede experimentar un movimiento de traslación (por ejemplo, un bloque sobre una superficie), la fricción que se produce cuando ese objeto está en movimiento se denomina fricción por deslizamiento.

Los tres tipos de fricciones dinámicas pueden determinarse mediante una teoría general de la fricción dinámica.

Al igual que la fricción estática, la fricción dinámica también es proporcional a la fuerza normal. En este caso, hablaremos de una igualdad de la fuerza de fricción con el producto del coeficiente dinámico y la fuerza normal, ya que nos encontramos en el régimen dinámico: . Aquí, es el coeficiente de fricción dinámico, mientras quees la fuerza normal.

La relación geométrica entre la fricción estática y dinámica

Consideremos un bloque de masa sobre una superficie y una fuerza externa aplicada paralelamente a la superficie, que aumenta constantemente hasta que el bloque empieza a moverse:

Hemos visto cómo entran en acción la fricción estática y después la fricción dinámica. En la siguiente figura representamos gráficamente las fuerzas de fricción en función de la fuerza aplicada.

Fricción Fricción estática y cinética en función de la fuerza aplicada StudySmarter

Fig. 3: Representación gráfica de la fricción estática y dinámica en función de la fuerza aplicada.

Como hemos visto anteriormente:

  • La fuerza aplicada es una función lineal de la fricción estática, y aumenta hasta un determinado valor, a partir del cual entra en acción la fricción dinámica.
  • La magnitud de la fricción dinámica disminuye hasta alcanzar un determinado valor.
  • Después, el valor de la fricción se mantiene casi constante con el valor creciente de la fuerza exterior.

Ejemplos de fricción

Rozamiento en un plano inclinado

Hasta el momento, nos hemos centrado en los objetos situados en una superficie horizontal. Imaginemos, ahora, un objeto en reposo sobre un plano inclinado que forma un ángulo con la horizontal.

Fricción Fricción en un plano inclinado StudySmarter

Fig. 4: Un objeto en reposo sobre una superficie inclinada, con todas las fuerzas que actúan sobre él.

Considerando todas las fuerzas que actúan sobre el objeto, encontramos que la fuerza gravitatoria, la fricción y la fuerza normal son las fuerzas que hay que tener en cuenta. Como el objeto está en equilibrio, estas fuerzas deberían anularse entre sí.

Podemos considerar los ejes cartesianos en cualquier lugar para que nuestros cálculos sean cómodos. Imaginemos los ejes a lo largo del plano inclinado, como se muestra en la figura 4:

  • En primer lugar, la gravedad está actuando verticalmente hacia abajo, por lo que su componente horizontal será , que es igual a la fricción estática que actúa en la dirección opuesta.
  • El componente vertical de la gravedad será , que es igual a la fuerza normal que actúa sobre ella.
  • Al escribir estas fuerzas obtenemos:

Cuando se aumenta el ángulo de inclinación hasta que el bloque está a punto de resbalar, la fuerza de fricción estática ha alcanzado su valor máximo . El ángulo en esta situación se llama ángulo crítico.

  • Al sustituir esto, obtenemos:
  • La fuerza normal es:

Ahora tenemos dos ecuaciones simultáneas. Como estamos buscando el valor del coeficiente de fricción, hacemos la división de ambas ecuaciones y obtenemos:

Cuando el ángulo del plano inclinado supera el ángulo crítico, el bloque empieza a moverse. Por tanto, la condición para que el bloque se mantenga en equilibrio es:

Cuando la inclinación supere el ángulo crítico, el bloque comenzará a acelerar hacia abajo, y entrará en acción la fricción dinámica. En consecuencia, se puede ver que el valor del coeficiente de fricción se puede determinar midiendo el ángulo de inclinación del plano.

Un disco de hockey, que está en la superficie de un estanque congelado, es empujado con un palo de hockey. El disco permanece inmóvil, pero se observa que cualquier fuerza adicional lo pondrá en movimiento. La masa del disco es dey el coeficiente de fricción es de.

Encuentra la fuerza de fricción que actúa sobre el disco ().

Solución

Como el disco comenzará a moverse con un poco más de fuerza, el valor de la fricción estática será máximo.

Esto nos da:

Al sustituir todos los valores, obtenemos:

Así hemos determinado la fuerza de fricción que actúa sobre el disco en reposo.

Fricción - Puntos clave

  • Existen dos tipos de fricción: la fricción estática y la dinámica. No entran en acción simultáneamente, sino que existen de forma independiente.

  • El coeficiente de fricción únicamente depende de la naturaleza de la superficie.

  • La fricción estática es la fuerza de fricción que se produce mientras un objeto está en reposo.

  • La fricción dinámica es la fuerza de fricción que actúa cuando el objeto está en movimiento.

  • En un plano inclinado, el coeficiente puede determinarse únicamente por el ángulo de inclinación.

  • Los valores típicos del coeficiente de fricción no son superiores a 1 y nunca pueden ser negativos.

  • Las fuerzas de fricción son universales, y es prácticamente imposible tener una superficie sin rozamiento; pero, podemos reducir esta fricción con cosas como lubricantes.

Preguntas frecuentes sobre Fricción

La fricción es la fuerza que se opone al movimiento de un objeto y tiende a mantenerlo en reposo. 


Un ejemplo de cómo actúa la fricción se puede notar al comparar el hielo y otra superficie:

  • La fricción en el hielo es mucho menor; por lo tanto, si lanzamos un objeto para que se deslice, este llegará mucho más lejos que si lo hacemos en otra superficie, como el cemento. 

En función de si el objeto se está moviendo o no, distinguimos entre fricción estática y fricción dinámica

En los cálculos que hagas, generalmente la fricción te dará un valor negativo. Esto se debe a que es una fuerza que se opone al movimiento. 


Recordemos que la fuerza es un vector; por lo tanto, tiene dirección y sentido. Si consideramos el sentido del movimiento como positivo, una fuerza como la fricción —que apunta en sentido contrario— tendrá signo negativo. 

En un sistema, si todos los objetos están inmóviles con respecto a un observador externo, la fuerza de fricción producida entre los objetos se conoce como fuerza de fricción estática; mientras que si los objetos están moviéndose, debido a una fuerza externa, hablamos de fuerza de fricción dinámica.

La fuerza de fricción está muy presente en las actividades que hacemos en nuestro día a día. De hecho, es la responsable que podamos caminar, correr, etc. Si esta no existiera, nos deslizaríamos constantemente como si estuviésemos sobre hielo. 

Cuestionario final de Fricción

Pregunta

¿Por qué descartamos la solución para la velocidad cero al encontrar la velocidad terminal de una esfera que cae?

Mostrar respuesta

Answer

Porque corresponde al instante inicial del movimiento, en el que no había velocidad terminal.

Show question

Pregunta

¿A qué objeto afecta más la fuerza de arrastre: a una aguja que cae verticalmente o a una que cae horizontalmente?

Mostrar respuesta

Answer

A una aguja que cae horizontalmente, porque su superficie perpendicular al movimiento es mayor.

Show question

Pregunta

¿La fuerza de arrastre depende del tamaño del objeto?


Mostrar respuesta

Answer

Sí, pero solo en la superficie perpendicular al movimiento.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las unidades del coeficiente de arrastre?


Mostrar respuesta

Answer

Es un número y no tiene unidades.

Show question

Pregunta

¿Por qué hablamos habitualmente de la velocidad terminal como una cantidad escalar?

Mostrar respuesta

Answer

Porque ya conocemos la dirección del movimiento y no necesitamos especificarla hablando de cantidades vectoriales.

Show question

Pregunta

¿Qué mide el coeficiente de arrastre?


Mostrar respuesta

Answer

La relación entre la fuerza de arrastre y la forma de un objeto.

Show question

Pregunta

¿Puede calcularse la velocidad terminal de los objetos que caen hacia la Tierra utilizando únicamente la primera ley de Newton?

Mostrar respuesta

Answer

No, también necesitamos la aportación de la dinámica (segunda ley de Newton).

Show question

Pregunta

La velocidad terminal no siempre se alcanza en un medio disipativo. ¿De qué depende esto?

Mostrar respuesta

Answer

Solo depende de las condiciones iniciales del experimento.

Show question

Pregunta

Selecciona la afirmación correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La velocidad terminal se alcanza cuando la disipación de energía es nula.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La velocidad terminal nunca puede determinarse utilizando la segunda ley de Newton.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La fuerza de arrastre de los fluidos crece con su densidad.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

La fuerza de arrastre se dirige a favorecer el movimiento.

Show question

Pregunta

¿Se alcanza siempre la velocidad terminal en valores finitos de tiempo?

Mostrar respuesta

Answer

No, normalmente se alcanza de forma asintótica.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la principal característica de un medio para que un objeto que se mueve en él alcance una velocidad terminal?

Mostrar respuesta

Answer

El medio tiene que ser disipativo.

Show question

Pregunta

¿Es válida la ley de la gravitación en presencia de la atmósfera terrestre?

Mostrar respuesta

Answer

No, hay que tener en cuenta la fuerza de arrastre del aire.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la causa de la fuerza de rozamiento entre dos objetos?

Mostrar respuesta

Answer

La interacción entre las superficies a nivel microscópico es lo que provoca la fricción entre dos objetos.

Show question

Pregunta

¿Cuántos tipos de fuerzas de fricción existen y cómo se denominan?

Mostrar respuesta

Answer

Existen dos tipos de fuerzas de fricción: la fricción estática y dinámica. 

Show question

Pregunta

¿Cuál es la fuerza de rozamiento en acción cuando un objeto está inmóvil?

Mostrar respuesta

Answer

Fricción estática. 

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de fricción se produce cuando un objeto está en movimiento?

Mostrar respuesta

Answer

Fricción dinámica. 

Show question

Pregunta

¿En qué aspecto físico de un objeto se basa el coeficiente de fricción?

Mostrar respuesta

Answer

Se basa en la naturaleza de la superficie del objeto.

Show question

Pregunta

Si se duplica el área de contacto entre dos objetos, ¿cómo cambiará la fuerza de rozamiento?

Mostrar respuesta

Answer

La fuerza de fricción permanecerá invariable, porque la fricción es independiente del área de contacto entre las superficies.

Show question

Pregunta

Experimentalmente, ¿cómo podemos determinar el coeficiente de fricción de un objeto que descansa sobre un plano inclinado? 


Mostrar respuesta

Answer

Midiendo el ángulo de inclinación y tomando la tangente del mismo.

Show question

Pregunta

Si un objeto está en movimiento, actúa: 

Mostrar respuesta

Answer

La fuerza de fricción dinámica.

Show question

Pregunta

El coeficiente de fricción estático suele tener un valor más pequeño que el coeficiente de fricción dinámico. ¿Verdadero o falso? 

Mostrar respuesta

Answer

Falso. 

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama el ángulo con el cual la fuerza de fricción estática alcanza su valor máximo? 

Mostrar respuesta

Answer

Ángulo crítico.

Show question

Pregunta

Cuando un objeto puede girar libremente alrededor de un eje (una esfera en un plano inclinado), la fuerza de fricción se conoce como:

Mostrar respuesta

Answer

Fricción por rodadura.

Show question

Pregunta

¿Qué es la fricción en fluido?

Mostrar respuesta

Answer

Es la resistencia que se ejerce cuando un objeto se mueve en un medio como el agua o el aire.

Show question

60%

de los usuarios no aprueban el cuestionario de Fricción... ¿Lo conseguirás tú?

Empezar cuestionario

Scopri i migliori contenuti per le tue materie

No hay necesidad de copiar si tienes todo lo necesario para triunfar. Todo en una sola app.

Plan de estudios

Siempre preparado y a tiempo con planes de estudio individualizados.

Cuestionarios

Pon a prueba tus conocimientos con cuestionarios entretenidos.

Flashcards

Crea y encuentra fichas de repaso en tiempo récord.

Apuntes

Crea apuntes organizados más rápido que nunca.

Sets de estudio

Todos tus materiales de estudio en un solo lugar.

Documentos

Sube todos los documentos que quieras y guárdalos online.

Análisis de estudio

Identifica cuáles son tus puntos fuertes y débiles a la hora de estudiar.

Objetivos semanales

Fíjate objetivos de estudio y gana puntos al alcanzarlos.

Recordatorios

Deja de procrastinar con nuestros recordatorios de estudio.

Premios

Gana puntos, desbloquea insignias y sube de nivel mientras estudias.

Magic Marker

Cree tarjetas didácticas o flashcards de forma automática.

Formato inteligente

Crea apuntes y resúmenes organizados con nuestras plantillas.

Regístrate para poder subrayar y tomar apuntes. Es 100% gratis.