1r ciclo Rozamiento estático y dinámico

[Elektro]

Buenas.

Quiero hacer un trabajo acerca de las diferencias entre el coeficiente de rozamiento estático y el dinámico. Usaría el caso en el cual empujas un objeto situado sobre una mesa. Se trataría de hacer un análisis más profundo acerca de las características que determinan uno y otro coeficientes. He buscado información pero es bastante escasa, así que he venido aquí en búsqueda de un poco de ayuda. Si me podéis indicar dónde buscar información lo agradecería. Si directamente me lo explicaráis, aún mejor! :P

Gracias de antemano!

[relojdepared]

Re: Rozamiento estático y dinámico

Buenas elektro, lo que yo te puedo comentar es, en el caso de que tengamos un bloque de masa $m$, sobre un plano y se encuentra en reposo:

- Lo primero a lo que tenemos que acudir es a ver los coeficientes de rozamiento, el dinamico (o cinetico) y el estatico, cuando nos dice que el cuerpo esta parado, primero recuurrimos es a utilizar el coeficiente de rozamiento estatico, y calculamos la fuerza de rozamiento que es $F_r=\mu_e N$ donde N es la reaccion normal al plano($N=mg$), una vez calculada la fuerza de rozamiento estatica que por ejemplo nos da $18 N$, pues ya sabemos que esa es la fuerza que debemos de aplicar al bloque como minimo para que se mueva, es decir, el bloque empezara a moverse cuando la fuerza aplicada sobre el sea mayor de $18 N$.
- Pero una vez que el cuerpo se pone en movimiento, nos olvidamos del rozamiento estatico y recurrimos al dinamico, la fuerza de rozamiento dinamica (o cinetica) suele ser menor que la estatica, por lo que mientras el cuerpo este en movimiento si la fuerza de rozamiento dinamica es de $14 N$, (ya te digo que la dinamica suele ser menor que la estatica), la fuerza debe ser mayor de $14 N$, para que se mantenga en movimiento.

- Pero nos podemos hacer una pregunta:
¿Si el cuerpo esta en movimiento y la fuerza baja de $14 N$, que pasa?
Pues que se detiene y volvemos al rozamiento estatico

Tu centrate en que estando en reposo una vez que la fuerza aplicada sobre el bloque es supera a la $F_re$, se pone en movimiento, pero la fuerza de rozamiento que lleva ahora es la dinamica $F_rd$.

Bueno espero que te haya servido de ayuda, un saludo.

[visitante20160513]

Re: Rozamiento estático y dinámico

Se te puede dar si hiciera falta una magistral lección ya que el tema es muy básico, pero ... ¿no sería mejor que fueras haciendo preguntas sobre lo que más te preocupe o menos entiendas? Así sería más fácil.

A ver dime ¿qué es lo que no entiendes?¿para qué necesitas ayuda?

Salu2

[Elektro]

Re: Rozamiento estático y dinámico

Gracias por las respuestas. Concretaré un poco más. Lo que pretendo es explicar qué es lo que hace que haya una diferencia entre ambos coeficientes, entre otras cosas. También dar un razonamiento al por qué de este comportamiento, y tal vez profundizar un poco en los factores de los que depende cada coeficiente (por ejemplo, el coeficiente de rozamiento dinámico no es el mismo cuando empujas algo sobre hielo o sobre algo más rugoso, por qué?). Es definitiva, necesito ayuda para explicar de la forma más compleja posible este suceso, haciendo que se adapte a lo que ocurre en la realidad lo máximo posible (es decir, en la realidad del aula en la que estaré cuando presente el trabajo), ya que si uno quiere describir con precisión el movimiento de, por ejemplo, una moneda sobre la mesa al recibir una fuerza externa, la cosa es bastante complicada.

[oscarmuinhos]

Re: Rozamiento estático y dinámico

Concepto de fuerza de rozamiento entre superficies en contacto:
Cuando dos cuerpos A y B están en contacto entre sí, siempre habrá fuerza de interacción, mayor o menor, entre ellos: una fuerza que ejerce A sobre B y otra que ejerce B sobre A (que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, serán de igual valor, igual dirección y de sentido contrario. Esta fuerza de interacción se puede descomponer en dos componentes:
-una componente perpendicular a las superficies en contacto, que se conoce con el nombre de fuerza Normal y es la que impide la "penetración" de un cuerpo en otro;
-otra componente tangente a las superficies en contacto, a la que se le llama fuerza de rozamiento, porque se opone al "deslizamiento" entre si de las superficies en contacto.
La relación entre estas dos componentes, fuerza normal y fuerza de rozamiento, resulta directamente de la trigonometría: si $\alpha$ es el ángulo entre la componente normal y la fuerza de interacción entre dichas superficies se tendrá:

$\dst tg \alpha = \frac{{F}_{roz}}{N}$ que también se puede escribir: $N. tg \alpha = {F}_{roz}.$

Concepto de rozamiento estático:
Supongamos que tenemos un cuerpo A en reposo sobre otro cuerpo B que, para mayor claridad, supondremos que se trata de una superficie horizontal, y vamos a estudiar la fuerza que esta superficie ejerce sobre el cuerpo A. Si el cuerpo está en reposo, la ley fundamental de la dinámica conduce a que esta interacción solo puede tener dirección normal para contrarrestar al peso e impedir la "penetración" del cuerpo A en la superficie horizontal.

Supongamos ahora que aplicamos al cuerpo A una fuerza F que, para mayor sencillez, suponemos paralela a la superficie horizontal que iremos aumentando poco a poco. Con la aplicación de esta fuerza F, la fuerza que la superficie horizontal ejerce sobre el cuerpo A cambia de dirección y aparecerá una componente horizontal o fuerza de rozamiento; pero naturalmente este cambio de dirección tiene que hacerse manteniendo la fuerza Normal constante, pues de otro modo el cuerpo A "penetraría" en la superficie horizontal. Con este cambio de dirección de la fuerza de interacción, esta consigue impedir el movimiento separándose cada vez más de la vertical y haciendo, de esta forma, aumentar la fuerza de rozamiento a medida que aumentamos la fuerza aplicada. Esta fuerza de rozamiento que está impidiendo el movimiento del cuerpo A sobre la superficie horizontal o el deslizamiento de una superficie sobre otra es la que recibe el nombre de fuerza de rozamiento estático.
Naturalmente que, al ir aumentando poco a poco, la fuerza $\vec{F}$ aplicada, llegará un momento en que el cuerpo A empiece a moverse, lo que indica que la fuerza de interacción que la superficie horizontal ejerce sobre A ya no logra desviarse más de la normal y que la fuerza de rozamiento estático llegó a su valor máximo.
La relación entre este valor máximo de la fuerza de rozamiento estático y la fuerza normal (que, por trigonometría, se sabe que será igual a la tangente del ángulo de desviación máxima entre la normal y la dirección de la fuerza de interacción que la superficie horizontal ejerce sobre B) es lo que se conoce como coeficiente estático de rozamiento:

${F}_{roz}{)}_{max} = \mu_e . N$

Concepto de rozamiento dinámico:
A partir del momento en que el cuerpo A empieza a moverse sobre la superficie horizontal, la fuerza de interacción que la superficie horizontal ejerce sobre el cuerpo A se resitúa en una nueva posición con una desviación respecto a la normal generalmente menor (mas nunca mayor) que, de no cambiar las características físico-químicas de la superficies en contacto, permanecerá constante. La componente tangente a la superficie de contacto de esta fuerza que la superficie horizontal ejerce sobre el cuerpo A que ahora se mueve deslizándose sobre la superficie es la que se conoce como fuerza de rozamiento dinámico. La relación entre esta componente tangencial y la componente normal será, igual que antes,

$\dst tg \alpha = \frac{{F}_{r}}{N}$, o también: $\dst {F}_{r} = tg \alpha . N = \mu_d . N$

En resumen, se llama fuerza de rozamiento a la componente tangente a las superficies en contacto de la fuerza de interacción entre dos cuerpos:
-si las superficies en contacto están en reposo una respecto a la otra (o, lo que es lo mismo, no hay deslizamiento de una superficie sobre otra), se dice rozamiento estático;
-si las superficies en contacto deslizan entre sí, se le dice rozamiento dinámico.

Interesa destacar que, mientras la fuerza de rozamiento dinámico permanece constante respecto a la variación de la fuerza aplicada, el rozamiento estático aumenta a medida que aumenta la fuerza aplicada contrarrestándola e impidiendo el movimiento, pero aumenta hasta un valor límite que depende de las características físicas (y químicas) de las superficies en contacto. Las relaciones de cada una de estas dos fuerzas con la normal viene dada por:

${F}_{roz}{)}_{max} = \mu_e . N$

$\dst {F}_{r} = tg \alpha . N = \mu_d . N$

Este razonamiento así hecho para el caso partícular de una superficie horizontal y con fuerzas aplicadas paralelamente a dicha superficie horizontal es facilmente generalizable a cualesquiera superficies en contacto y a cualesquiera fuerzas.

No sé si esto era algo de lo que pedías o era otra cosa?

[visitante20160513]

Re: Rozamiento estático y dinámico

Este texto que incluyo bajo estas líneas (está extraido de Wilkipedia) describe con bastante aproximación las propiedades observadas del rozamiento, aunque para conocer las razones de este comportamiento será necesario analizar la estructura y rugosidad de las superficies en contacto. Si un cuerpo tuviera una superficie perfectamente lisa no podría tener rozamiento. El modelo matemático que suele utilizarse para trabajar con este tipo de fuerzas resulta bastante efectivo, pero no explica ni de lejos cual es la razón de la citada diferencia. Piensa que al someter un cuerpo a una cierta presión se deforma y sus superficies por supuesto que también, pero incluso su microestructura superficial también lo hace, lo que nos conduce a que las propiedades de los cuerpos son las que da el modelo pero no puede pensarse que dicho modelo describe con exactitud su comportamiento. Las propiedades en que se basa dicho modelo son las citadas a continuación, pero no olvides que este es tan solo un modelo matemático aproximado.

[FONT=sans-serif]En el rozamiento entre dos cuerpos se ha observado los siguientes hechos:[/FONT]

1. La fuerza de rozamiento tiene dirección paralela a la superficie de apoyo.
2. El coeficiente de rozamiento depende exclusivamente de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies (rugosas, pulidas, etc.).
3. La fuerza máxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto.
4. Para un mismo par de cuerpos (superficies de contacto), el rozamiento es mayor un instante antes de que comience el movimiento que cuando ya ha comenzado (estático Vs. cinético).

[FONT=sans-serif]El rozamiento puede variar en una medida mucho menor debido a otros factores:[/FONT]

1. El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de las superficies de contacto.
2. El coeficiente de rozamiento cinético es prácticamente independiente de la velocidad relativa entre los móviles.
3. La fuerza de rozamiento puede aumentar ligeramente si los cuerpos llevan mucho tiempo sin moverse uno respecto del otro ya que pueden sufrir atascamiento entre sí.

[FONT=sans-serif]Algunos autores sintetizan las leyes del comportamiento de la fricción en los siguientes dos postulados básicos:¹[/FONT]

1. La resistencia al deslizamiento tangencial entre dos cuerpos es proporcional a la fuerza normal ejercida entre los mismos.
2. La resistencia al deslizamiento tangencial entre dos cuerpos es independiente de las dimensiones de contacto entre ambos.

Podemos analizar más despacio cada uno de estos puntos, si lo deseas.

Salu2

[Elektro]

Re: Rozamiento estático y dinámico

Buenas.
Esto era lo que buscaba, la última respuesta concretamente. Con esto ya podré desarrollar el trabajo. Gracias por la ayuda!