Comprender las fuerzas
* gravedad (peso): La fuerza de la gravedad actúa directamente sobre el objeto. Tiene dos componentes:
* Fuerza normal (n): El componente de la gravedad perpendicular a la inclinación. Esta fuerza evita que el objeto se hunda en la inclinación.
* Fuerza de gravedad paralela a la inclinación (mg sin θ): El componente de la gravedad paralelo a la inclinación, que es la fuerza que tiende a tirar del objeto por la inclinación.
* fricción (f): La fuerza que se opone al movimiento del objeto (o movimiento potencial) a lo largo de la inclinación. Actúa paralelo a la inclinación, opuesta a la dirección del componente paralelo de la gravedad.
* fricción estática: Evita que el objeto se mueva si está en reposo.
* Fricción cinética: Actúa sobre el objeto si se mueve.
Encontrar las fuerzas
1. Dibuja un diagrama de cuerpo libre: Un diagrama de cuerpo libre te ayuda a visualizar las fuerzas. Dibuje el objeto en la inclinación, luego dibuje flechas que representen:
* peso (mg): Directamente desde el centro del objeto.
* Fuerza normal (n): Perpendicular a la inclinación, apuntando lejos de la superficie.
* Fuerza de gravedad paralela a la inclinación (mg sin θ): Paralelo a la inclinación, apuntando hacia la pendiente.
* fricción (f): Paralelamente a la inclinación, señalando la pendiente (si el objeto se mueve hacia abajo o si está en reposo y a punto de moverse).
2. Resolver la gravedad en componentes:
* Fuerza normal (n): N =mg cos θ, donde θ es el ángulo de la inclinación.
* Fuerza de gravedad paralela a la inclinación (mg sin θ): mg sin θ
3. Determine la fuerza de fricción:
* fricción estática:
* Fricción estática máxima: F_S, max =μ_s * n, donde μ_s es el coeficiente de fricción estática. Esta es la fricción estática de fuerza máxima que puede ejercer antes de que el objeto comience a moverse.
* Fricción estática real: La fuerza real de fricción estática será igual a la fuerza que tira del objeto por la inclinación (mg sin θ) si el objeto está en reposo.
* Fricción cinética: f_k =μ_k * n, donde μ_k es el coeficiente de fricción cinética.
Ejemplo
Digamos que un bloque con una masa de 10 kg está en una inclinación de 30 °. Los coeficientes de fricción son μ_s =0.4 y μ_k =0.2.
* Fuerza normal: N =mg cos θ =(10 kg) (9.8 m/s²) cos 30 ° ≈ 84.9 N
* Fuerza de gravedad paralela a la inclinación: mg sen θ =(10 kg) (9.8 m/s²) sin 30 ° ≈ 49 n
Escenario 1:Bloquear en reposo
* Fricción estática máxima: f_s, max =μ_s * n =(0.4) (84.9 n) ≈ 33.9 n
* Dado que la fricción estática máxima (33.9 n) es mayor que la fuerza que tira del bloque hacia abajo (49 n), el bloque permanece en reposo. La fuerza de fricción estática real es 49 n.
Escenario 2:Bloquee moverse hacia abajo
* Fricción cinética: f_k =μ_k * n =(0.2) (84.9 n) ≈ 17 n
Puntos clave
* Los ángulos son importantes: Asegúrese de usar los ángulos correctos (θ) en sus cálculos.
* La fricción depende de la superficie: Los coeficientes de fricción (μ_s y μ_k) dependen de los materiales en contacto.
* La dirección es importante: Siempre considere la dirección de las fuerzas en relación con el movimiento (o movimiento potencial) del objeto.
