¿Pueden coexistir la fricción cinética y la fricción estática?

¡NO!

Fricción Estática y Cinética

La fricción es un concepto clave cuando intenta comprender los accidentes automovilísticos. La fuerza de fricción es una fuerza que resiste el movimiento cuando dos objetos están en contacto. Si observa las superficies de todos los objetos, hay pequeñas protuberancias y crestas. Esos picos y valles microscópicos se atrapan cuando dos objetos se mueven uno al lado del otro.

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Esta explicación está un poco simplificada. Existen otros procesos en el trabajo, que incluyen enlaces químicos e interacciones eléctricas.

El nivel de fricción que exhiben los diferentes materiales se mide por el coeficiente de fricción. La fórmula es µ = f / N, donde µ es el coeficiente de fricción, f es la cantidad de fuerza que resiste el movimiento y N es la fuerza normal. La fuerza normal es la fuerza a la que una superficie se empuja hacia otra. Si una roca que pesa 50 newtons yace en el suelo, entonces la fuerza normal es de 50 newtons de fuerza. Cuanto más µ es, más fuerza resiste el movimiento si dos objetos se deslizan uno al lado del otro.

Hay dos formas de fricción, cinética y estática. Si intenta deslizar dos objetos entre sí, una pequeña cantidad de fuerza no dará lugar a ningún movimiento. La fuerza de fricción es mayor que la fuerza aplicada. Esto es fricción estática. Si aplica un poco más de fuerza, el objeto “se libera” y se desliza, aunque aún necesita aplicar fuerza para mantener el objeto deslizándose. Esto es fricción cinética. No necesita aplicar tanta fuerza para mantener el objeto deslizándose como lo necesitaba para liberarse originalmente de la fricción estática.

Algunos valores comunes de coeficientes de fricción cinética y estática:

Superficies

µ (estático)

µ (cinético)

Acero sobre acero

0,74

0,57

Vidrio sobre vidrio

0,94

0,40

Metal sobre metal (lubricado)

0,15

0,06

Hielo sobre hielo

0,10

0,03

Teflón en teflón

0,04

0,04

Neumático sobre hormigón

1.00

0,80

Neumático en carretera mojada

0,60

0,40

Neumático sobre nieve

0,30

0,20

Estos valores son aproximados.

Ahora, finalmente, ¿cómo se relaciona todo esto con los automóviles?

En algunos lugares, especialmente Alaska en el invierno, debe mantener la fricción en su mente constantemente mientras conduce, para evitar un accidente. Debe limitar su velocidad para poder detenerse a una distancia razonable y para negociar curvas.

La distancia de frenado se puede calcular utilizando la ecuación d = V ^ 2 / 2g µ

Dónde:
d = distancia de frenado
g = Aceleración debida a la gravedad (9.80 m / seg ^ 2)
V = Velocidad inicial del vehículo (m / seg)
µ = Coeficiente de fricción entre los neumáticos y la carretera.

Observe que la velocidad inicial es al cuadrado; Esto significa que si viaja el doble de rápido, su distancia de frenado es cuadrada, no duplicada. Esta es la razón por la que la regla de los dos segundos (“viaje a una velocidad que pasa dos segundos entre el momento en que el automóvil frente a usted pasa un punto de referencia y el momento en que pasa el mismo punto de referencia”) no es válida para altas velocidades; su distancia de frenado aumenta exponencialmente a medida que avanza más rápido.

Un coeficiente de fricción más alto disminuye su distancia de frenado. Por lo tanto, es mejor que su neumático utilice fricción estática en lugar de fricción cinética. Si la llanta está rodando de manera que la superficie que toca el suelo nunca se deslice, entonces la fricción estática actúa para desacelerar el automóvil. Si las ruedas están bloqueadas y deslizándose, entonces la fricción cinética está actuando para desacelerar el automóvil. Para utilizar la fricción estática cuando necesita detenerse rápidamente, hay varias opciones. Puede intentar aplicar el freno suficiente para permanecer dentro del rango estático de fricción y no demasiado para bloquear los neumáticos. Esta es la mejor opción, en términos de detenerte más rápido, pero puede ser difícil ser tan preciso con el freno. Puede ser especialmente difícil si estás a punto de golpear a un alce. Otra opción es bombear el freno, que tiene el efecto de alternar el uso de la fricción cinética y estática a medida que las ruedas se bloquean y desbloquean. Esto no es tan eficiente, pero es más fácil de hacer en caso de emergencia. Una última opción es hacer que su automóvil se encargue del frenado por usted, mediante frenos antibloqueo o medios más sofisticados controlados por computadora. Los frenos antibloqueo hacen lo mismo que tú; bombear los frenos. La mejor solución es, por supuesto, conducir más despacio.

Viajar alrededor de una curva hace que experimente un conjunto de fuerzas ligeramente diferente, ya que debe lidiar con la tendencia de un automóvil a querer viajar en línea recta. Esto se explica por la primera ley de Newton: un objeto no cambiará la velocidad sin una fuerza que actúe sobre él. En este caso, está causando que el automóvil cambie la velocidad lateral y se mueva hacia un lado aplicando fuerza de fricción de los neumáticos. Si las llantas no tienen un coeficiente de fricción lo suficientemente grande como para proporcionar la fuerza necesaria para mover el automóvil lateralmente, entonces se desliza hacia adelante y fuera de la carretera.

Por lo general, los neumáticos deben mantener una fricción estática para girar el automóvil. Eso limita la velocidad máxima a una velocidad a la cual los neumáticos no resbalan. La ecuación que modela esta situación es:

Vmax = raíz cuadrada de ( µ (estático) gr)

Dónde:
Vmax = velocidad máxima
g = Aceleración debida a la gravedad (9.80 m / seg ^ 2)
r = Radio de curva
µ = Coeficiente de fricción estática

Si viaja alrededor de una curva con un radio de 10 metros y sin nieve ni lluvia, Vmax = raíz cuadrada de (1.00 * 9.80 m / seg ^ 2 * 10.0m) = 5.4 m / seg, que es aproximadamente 22.1 mph. Un poco más rápido y los neumáticos se deslizarían.

Si viaja alrededor de una curva con un radio de 10 metros en un día nevado, Vmax = raíz cuadrada de (0.30 * 9.80 m / seg ^ 2 * 10.0m) = 5.4 m / seg, que es aproximadamente 12.1 mph.