Rozamiento

Rozamiento
¿Te has fijado en lo que ocurre con el movimiento de un cuerpo que es impulsado
horizontalmente sobre una superficie? Obviamente hay una fuerza que actúa sobre él
modificando su movimiento. A esta fuerza que ejercida por la superficie, se le denomina
fuerza de roce mecánico.
Más que oponerse al movimiento, las fuerzas de roce mecánico se oponen al
desplazamiento relativo de dos superficies en contacto. Estas fuerzas no siempre tienen un
efecto negativo ya que nosotros podemos desplazarnos y las ruedas pueden rodar gracias
al rozamiento con el piso.
Básicamente, las fuerzas de roce mecánico son de dos tipos: el roce estático (Fs) y
el Roce Cinético (Fc). Estas fuerzas son paralelas a la superficie de contacto y dependen de
dos factores: la naturaleza de las superficies en contacto (Coef. de Roce) y de la magnitud
de la Fuerza Normal
1.- Fuerza de roce estática: Es la que se opone a que un objeto inicie un deslizamiento.
Depende de la "rugosidad" que hay entre las superficie de contacto entre el objeto y el
lugar donde se va a mover. A mayor rugosidad mayor es la fuerza de roce estática, y
mayor será el esfuerzo necesario para empezar a mover algo.
Fr
(estático)
= µs N
Donde:
µe = Coeficiente de roce estático
N = Magnitud de la Fuerza Normal
N
Fr
F
P
Si aplicamos al cuerpo una Fuerza F de magnitud igual al módulo de la fuerza de roce
estático (Fr) máximo, entonces el cuerpo quedará en reposo, pero en “movimiento
eminente”. Es decir, está en reposo, pero el más pequeño desequilibrio puede ponerlo en
movimiento
2.- Fuerza de roce cinética: (En muchas partes aparece también como Roce Dinámico) Es la
que se opone al movimiento de un objeto que ya está en movimiento. Depende, también,
de la "rugosidad" que hay entre las superficies de contacto entre el objeto y el lugar donde
se está moviendo. A mayor rugosidad mayor es la fuerza de roce cinética, y mayor será el
esfuerzo necesario para mantener el movimiento del objeto. Esta fuerza de roce se
manifiesta cuando hay movimiento de deslizamiento entre dos superficies.
Fr
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(cinético)
= µc N
Donde:
µc = Coeficiente de roce cinético
N = Magnitud de la Fuerza Normal
N
Fr
F
P
De manera experimental se verifica que la fuerza necesaria para mantener un objeto
deslizándose a velocidad constante es menor que la necesaria para ponerlo en
movimiento. Es decir, la magnitud de la fuerza de rozamiento cinético es sensiblemente
menor que la fuerza de rozamiento estático.
O sea:
Fr(c) ≤ Fr (e) máxima
µc ≤ µs
Por otra parte, también es posible verificar que:
0 < µc ≤ µs ≤ 1
Coeficiente de Roce
El coeficiente de rozamiento o coeficiente de fricción expresa la oposición al
movimiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente
adimensional, puesto que no posee unidad de medida alguna. Se representa con la letra
griega μ.
La mayoría de las superficies, aún las que se
consideran pulidas son extremadamente rugosas a
escala microscópica. Cuando dos superficies son
puestas en contacto, el movimiento de una
respecto a la otra genera fuerzas tangenciales
llamadas fuerzas de fricción, las cuales tienen
sentido contrario a la fuerza aplicada. La
naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las
interacciones de las partículas microscópicas de
las dos superficies implicadas.
El valor del coeficiente de rozamiento es
característico de cada par de materiales en
contacto; no es una propiedad intrínseca de un
material. Depende además de muchos factores
como la temperatura, el acabado de las
superficies, la velocidad relativa entre las
superficies, etc.
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Materiales en contacto
µs
µc
Articulaciones humanas
Acero // Hielo
Teflón // Teflón
Acero // Teflón
Hielo // Hielo
Esquí (encerado)// Nieve (0ºC)
Acero // Acero
Vidrio // Madera
Caucho // Cemento (húmedo)
Madera // Cuero
Acero // Latón
Madera // Madera
Madera // Piedra
Vidrio // Vidrio
Caucho // Cemento (seco)
0,02
0,03
0,04
0,04
0,1
0,1
0,15
0,2
0,3
0,5
0,5
0,7
0,7
0,9
1
0,003
0,02
0,04
0,04
0,03
0,05
0,09
0,25
0,25
0,4
0,4
0,4
0,3
0,4
0,8
EJERCICIOS DE FUERZA DE ROCE (ROZAMIENTO)
1.- Un cuerpo de 40 kg se encuentra sobre una superficie horizontal con roce y al aplicar
sobre él una fuerza horizontal de 180 N, el cuerpo queda en “movimiento inminente”
¿Cuál es el valor del coeficiente de roce estático entre el cuerpo y la superficie?
2.- Calcular la Fuerza de Roce sabiendo que el cuerpo masa 2 kg y que la fuerza aplicada
es igual a la de roce (el coeficiente de roce en este caso es 0,1) [F =20]
3.- En la figura, se muestran dos bloques A y B que están en reposo sobre una superficie
horizontal ¿Cuál es el valor de la Fuerza Normal ejercida sobre el cuerpo A por la
superficie? ¿Cuál es el valor de la Fuerza Normal ejercida sobre el cuerpo B por la
superficie del cuerpo A?
B (30 kg)
A (50 kg)
4.- Un cuerpo de 70 kg está en reposo sobre una superficie horizontal. [µs= 0,6 y µc= 0,4]
Determina:
a) ¿Cuál es el valor de la fuerza que es necesario aplicar sobre el cuerpo para que quede
en movimiento inminente?
b) Si el cuerpo es puesto en movimiento por una fuerza horizontal de 500 N ¿Cuál es el
valor de la fuerza resultante (neta) sobre el cuerpo?
5.- Sobre una superficie horizontal con roce se arrastra un cuerpo tirándolo con una fuerza
de 500 N. Si el coeficiente de roce cinético µc= 0,6 y el cuerpo se mueve con la acción de
una fuerza neta de 140 N ¿Cuál es la masa del cuerpo?
6.- Un astronauta experimenta un peso de 850 N en la Tierra. Si en la Luna la aceleración
de gravedad es la sexta parte de su valor en la Tierra ¿Cuál es la masa del astronauta en
este satélite?
7.- Un niño se encuentra en reposo, sentado en una silla sobre una superficie horizontal.
La masa total del conjunto es de 60 kg. Para moverlo, un compañero comienza a tirar de
él lentamente mediante una cuerda que tiene intercalado un dinamómetro. Se observa que
justo antes de que el sistema se ponga en movimiento, el dinamómetro marca 120 N.
¿Cuál es el valor del coeficiente de roce estático entre las patas de la silla y el suelo?
8.- En la situación anterior se observa que para mover al niño sobre la silla con velocidad
constante, se requiere arrastrarlo con una fuerza de 80 N. ¿Cuál es el valor del coeficiente
de roce cinético entre el suelo y las patas de la silla?
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