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    Cómo encontrar la fuerza de fricción sin conocer el coeficiente de fricción

    La mayoría de las personas entienden la fricción de una manera intuitiva. Cuando intenta empujar un objeto a lo largo de una superficie, el contacto entre el objeto y la superficie resiste su empuje hasta una cierta fuerza de empuje. El cálculo matemático de la fuerza de fricción generalmente implica el "coeficiente de fricción", que describe cuánto se "pegan" los dos materiales específicos para resistir el movimiento, y algo llamado "fuerza normal" que se relaciona con la masa del objeto. Pero si no conoce el coeficiente de fricción, ¿cómo calcula la fuerza? Puede lograr esto buscando un resultado estándar en línea o realizando un pequeño experimento.
    Encontrar la fuerza de la fricción experimentalmente

    1. Configurar una superficie inclinada usando materiales similares

      Use el objeto en cuestión y una pequeña sección de la superficie que puede mover libremente para configurar una rampa inclinada. Si no puede usar toda la superficie o el objeto completo, simplemente use una pieza de algo hecho del mismo material. Por ejemplo, si tiene un piso de baldosas como superficie, puede usar una sola baldosa para crear la rampa. Si tiene un armario de madera como objeto, use un objeto diferente y más pequeño hecho de madera (idealmente con un acabado similar en la madera). Cuanto más se acerque a la situación real, más preciso será su cálculo.

      Asegúrese de que puede ajustar la inclinación de la rampa, apilando una serie de libros o algo similar, para que pueda hacer pequeños ajustes a su altura máxima.

      Cuanto más inclinada esté la superficie, mayor será la fuerza debida a la gravedad para arrastrarla hacia abajo por la rampa. La fuerza de fricción funciona contra esto, pero en algún momento, la fuerza debida a la gravedad lo supera. Esto le indica la fuerza máxima de fricción para estos materiales, y los físicos lo describen a través del coeficiente de fricción estática ( μ
      estática). El experimento le permite encontrar el valor para esto.

    2. Realice el experimento

      Coloque el objeto en la parte superior de la superficie en un ángulo poco profundo que no lo haga deslizarse hacia abajo. rampa. Aumente gradualmente la inclinación de la rampa agregando libros u otros objetos delgados a su pila, y encuentre la inclinación más pronunciada en la que pueda sostenerla sin que el objeto se mueva. Te costará obtener una respuesta completamente precisa, pero tu mejor estimación estará lo suficientemente cerca del valor real para el cálculo. Mida la altura de la rampa y la longitud de la base de la rampa cuando esté en esta inclinación. Básicamente, estás tratando la rampa como formando un triángulo rectángulo con el piso y midiendo la longitud y la altura del triángulo.

    3. Encuentra el coeficiente de fricción

      Las matemáticas para el La situación funciona perfectamente, y resulta que la tangente del ángulo de la inclinación le indica el valor del coeficiente. Entonces:

      μ

      static \u003d tan ( θ
      )

      O, porque tan \u003d opuesto /adyacente \u003d longitud de la base /altura, calcula:

      μ

      static \u003d tan (longitud de la base /altura de la rampa)

      Complete este cálculo para encontrar el valor del coeficiente para su situación específica.


      Consejos

    4. ¿Es este el coeficiente correcto?

      Si está tratando de calcular la fuerza de fricción a partir de estacionaria, este experimento le indica el valor correcto. Sin embargo, la fricción generalmente no es tan fuerte si algo ya se está moviendo, pero resolver esto experimentalmente con un equipo limitado sería un desafío. Si necesita este coeficiente de fricción "deslizante", utilice el método alternativo que se encuentra a continuación, pero encuentre el coeficiente de fricción deslizante en lugar del coeficiente de fricción estática.


    5. Cálculo de la fuerza de fricción

      F

      \u003d μ
      estática N

      Donde el " N
      "representa la fuerza normal. Para una superficie plana, el valor de esto es igual al peso del objeto, por lo que puede usar:

      F

      \u003d μ
      static mg

      Aquí, m
      es la masa del objeto y g
      es la aceleración debida a la gravedad (9.8 m /s 2).

      Por ejemplo, la madera en una superficie de piedra tiene un coeficiente de fricción de μ
      static \u003d 0.3, por lo que se usa este valor para 10 kilogramos (kg ) armario de madera sobre una superficie de piedra:

      F

      \u003d μ
      estática mg



      \u003d 0.3 × 10 kg × 9.8 m /s 2

      \u003d 29.4 newtons

      Encontrar la fuerza de fricción sin un Experimento

      1. Localice el coeficiente de fricción para su situación

        Busque en línea para encontrar el coeficiente de fricción entre sus dos sustancias. Por ejemplo, un neumático de automóvil sobre asfalto tiene un coeficiente de μ
        static \u003d 0.72, el hielo en madera tiene μ
        static \u003d 0.05 y la madera en ladrillo tiene μ
        estática \u003d 0.6. Encuentre el valor para su situación (incluido el uso del coeficiente de deslizamiento si no está calculando la fricción desde la posición estacionaria) y tome nota de ello.

      2. Multiplique la fuerza normal por el coeficiente

        La siguiente ecuación le indica la fuerza de la fuerza de fricción (con el coeficiente de fricción estática):

        F

        \u003d μ
        estática N

        Si su superficie es plana y paralela al suelo, puede usar:

        F
        \u003d μ
        static mg

        Si no es así, la fuerza normal es más débil. En este caso, encuentre el ángulo de la inclinación θ
        , y calcule:

        F

        \u003d cos ( θ
        ) μ
        estática mg

        Por ejemplo, usando un bloque de hielo de 1 kg sobre madera, inclinado a 30 °, y recordando que g
        \u003d 9.8 m /s 2, esto da:

        F

        \u003d cos ( θ
        ) μ
        estática mg

        \u003d cos (30 °) × 0.05 × 1 kg × 9.8 m /s 2


        \u003d 0.424 newtons

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