¿Por qué la fricción estática es directamente proporcional a la fuerza de reacción?

De acuerdo con las leyes de fricción

F s ≤ μsN, y

Fs (max) = μsN

Donde μs = coeficiente de fricción estática

N = reacción normal por superficie en bloque Permítanme explicar con un ejemplo

Considere una caja que se coloca en un piso áspero y su madre le está pidiendo que empuje la caja de este lugar a otro lugar (mamá siempre tratará de hacerlo simple, por lo que le pidió que la empujara, no que tirara de la misma manera la caja requerirá más esfuerzo que empujar). Has hecho tu trabajo.

Ahora hay otra caja que es 2 veces más pesada que la primera. Entonces comenzaste a presionar el segundo cuadro, mientras presionas el cuadro descubres que este cuadro está tomando casi (ya que el cerebro humano no puede darte los datos numéricos solo un sentido) el doble esfuerzo para presionar este cuadro. Y es posible que ya sepa que la fuerza de fricción está trabajando en su contra. Entonces debe haber una relación entre el peso de la caja y la fuerza de fricción. En el experimento anterior, descubrió que duplicar el peso de la caja duplicará su esfuerzo para empujar la caja, por lo que la fuerza de fricción debe ser directamente proporcional al peso de la caja.

Entonces, la fuerza de fricción estática es directamente proporcional a la fuerza normal (en el ejemplo anterior, el peso es la fuerza normal)

¡Feliz imaginación!

En realidad, la fricción estática solo es igual a la fuerza de tracción, hasta el límite de movimiento. Intente mover un objeto pesado y verá que no puede hacerlo, aunque mejore la tracción. Esto se debe a que la fricción estática aumentará exactamente con la medida de su tracción. Solo cuando excede un cierto valor de la fuerza de tracción, el objeto comenzará a moverse, y existe el punto en que, después de un breve instante, la fricción estática se convertirá en fricción cinética. E incluso entonces, la fricción cinética no es directamente proporcional a la fuerza de reacción, sino a la fuerza de reacción normal (preste atención a las sutilezas).

En primer lugar, la fricción estática máxima es directamente proporcional a la fuerza de reacción, pero otras respuestas ya lo mencionaron, por lo que no repetiré.

Por qué es eso, primero debemos entender qué es exactamente la fricción .

Entonces, ¿qué tipo de fuerza mística crea fricción aparente? (y para ser claros, estamos hablando de fricción seca ) Bueno, no hay muchos candidatos para eso. Solo hay cuatro fuerzas fundamentales en el universo (bueno, de todos modos, según la física moderna):

  • Fuerza nuclear fuerte
  • Fuerza electromagnetica
  • Gravedad
  • Fuerza nuclear débil

La fuerza nuclear fuerte es extremadamente corta, y funciona en escalas de aproximadamente el tamaño de un núcleo atómico, por lo que probablemente no sea esa. La fuerza nuclear débil es extremadamente débil, por lo que probablemente tampoco lo sea. De las dos fuerzas restantes, el electromagnético es, con mucho, el más fuerte, por lo que probablemente sea eso.

Ahora, ¿cómo funciona eso? Bueno, muy similar a la fuerza de Van der Waals (que es de naturaleza electromagnética), que se debe básicamente a la polarización eléctrica de moléculas / átomos muy cercanos.

Entonces, ¿por qué la fricción seca es proporcional a la fuerza de reacción? Bueno, la razón principal de esto es que, a escala microscópica, la mayoría de las superficies son bastante rugosas, por lo que, en promedio, no son lo suficientemente cercanas para que el efecto tipo Van der Waals sea notable. Sin embargo, la mayoría de las superficies son ligeramente deformables, por lo que el aumento de la fuerza que empuja dos superficies juntas aumenta el área de contacto efectiva , y debido a la naturaleza aleatoria de la rugosidad descrita, el efecto es casi lineal, a menos que la fuerza sea muy grande o las superficies en cuestión sean locamente suaves para comenzar con. Y la fuerza de reacción es, según la tercera ley de Newton, igual en valor a la fuerza que empuja las superficies juntas.

Entonces, la proporcionalidad directa es en realidad una aproximación. Pero funciona bastante bien para una amplia gama de aplicaciones, por lo que lo usamos.

La independencia del área de contacto y la proporcionalidad a la fuerza de reacción de la fricción estática son supuestos básicos del modelo estándar de fricción estática. Pero en realidad hay algunas excepciones a esto que puedes descubrir simplemente buscando en Google.

En cuanto a su pregunta, el área de cobertura de la superficie de un bloque es en realidad mucho más grande que el área de contacto. Esto se debe a irregularidades microscópicas en su superficie. Cuando aumenta la fuerza normal, estas irregularidades se ampliarán y aumentará el área de contacto, lo que dará más resistencia al movimiento.

Espero haber aclarado tu duda☺

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