Roce y trabajo NM3 Física Mecánica

Roce

Introducción Como habrás visto en el ejemplo del experimento, hay una diferencia en la velocidad de desplazamiento que presenta el objeto en las distintas superficies por las cuales se movió. Esta diferencia se debe a la fuerza de roce.

Introducción También habrás notado que es más difícil hacer mover un objeto desde el estado de reposo, que desde el estado en movimiento.

Fuerza de roce Pero, ¿qué es la fuerza de roce? La fuerza de roce es aquella fuerza que se opone al movimiento entre dos superficies que están en contacto. Esta fuerza se debe a las imperfecciones que existen en ambas superficies.

Fuerza de roce Supongamos que estamos moviendo un objeto de cara lisa, sobre una superficie también lisa. Se podría decir que cuando las superficies hacen contacto entre sí, el deslizamiento es fácil, debido a que ambas son lisas.

Fuerza de roce Pero si miras con una súper lupa las superficies que están en contacto, verás que ya no son lisas; son rugosas. Esta rugosidad genera dificultades para el desplazamiento del objeto, debido a una fricción que está asociada a cada material.

Ejemplo Imagina que tienes que mover un mueble pesado en tu casa, por ejemplo, el refrigerador. Para moverlo hay que aplicar una fuerza sobre él. Supón que lo haces. Verás que el refrigerador no se mueve nada en lo absoluto. Al no moverse significa que sigue en su sitio, es decir, está estático. Pues es justamente en ese momento en que, a pesar de que se ejerció una pequeña fuerza sobre él no se movió, está haciendo efecto el roce estático. Posteriormente, al vencer esa fuerza que impide que el refrigerador se mueva, se hace fácil trasladarlo. Ya en movimiento, en el refrigerador (haciéndolo lenta y uniformemente) estará actuando el roce cinético.

Ejemplo ¡Uf!

Fuerza de roce La fuerza de roce depende de dos factores: La fuerza normal (N), es decir, el peso del cuerpo sobre la superficie. Los materiales de los cuerpos que están en contacto haciendo roce. La fuerza de roce, tanto cinética como estática, se expresa en función de la normal (N), de la siguiente forma: FRE = µEN FRC = µCN En donde µE representa el coeficiente de roce estático y µC representa el coeficiente de roce cinético y ambos dependen del material de que están hechas las superficies que están en contacto.

Tabla de coeficientes de roce Materiales en contacto Coeficiente roce estático Coeficiente roce cinético Hielo / Hielo 0.1 0.03 Vidrio / Vidrio 0.9 0.4 Madera / Cuero 0.3 Madera / Piedra 0.7 Madera / Madera Acero / Acero 0.74 0.57 Caucho / Cemento 1.0 0.8

Ejemplo Supón que tienes que mover una silla de madera sobre el piso de madera de tu casa. La masa de la silla es de 10 kg. a) Determina la fuerza necesaria para sacarla del estado de reposo. b) Determina la fuerza necesaria para mantenerla en movimiento constante. Considera Fg = 10 m/s2 Desarrollo: Según la tabla, los coeficientes de roce estático y cinemático entre madera y madera corresponden a µE = 0.4 y µC = 0.3, respectivamente. La Normal corresponde al peso sobre la superficie horizontal del piso, es decir: N = m x Fg = 10 (kg) x 10 (m/s2) = 100 Newton. Entonces, para FRE = µEN tenemos: 0.4 x 100 = 40 Newton, que es la fuerza necesaria para mover la silla desde su estado de reposo. Y para FRC = µCN tenemos: 0.3 x 100 = 30 Newton, que es la fuerza necesaria para que la silla se mantenga en movimiento sobre el piso.

Trabajo ¡Uf!

Trabajo Trabajo es una magnitud escalar que es el producto del vector fuerza por el vector desplazamiento. W = F x Δr Es decir, cuando nosotros movemos algo cierta distancia, estamos haciendo un trabajo.

Ejemplo Continuando con el ejemplo anterior, supongamos que movimos la silla unos 3 metros. La fuerza que usamos para desplazarla correspondió a 30 Newton. Entonces: W = F x Δr = 30 (Newton) x 3 (metros) = 90 newton x metro, que se denomina joule. Entonces el trabajo para mover dicha silla corresponde a 90 joule. El trabajo que realiza la fuerza de roce es en sentido contrario. Por lo tanto, la fuerza de roce realiza el mismo trabajo, pero con signo contrario. Entonces el trabajo de la fuerza de roce es: T = -90 joule.