¿Es posible caminar en un mundo sin fricciones?

Si no hay fricción, aún puede moverse por conservación del impulso. Llévate algunas cosas que no necesites. ¡Tíralo en la dirección opuesta a la que quieres ir!

Aunque la fricción no es una de las cuatro fuerzas básicas de la naturaleza, existe porque esas fuerzas básicas existen. La fricción es la resistencia al movimiento de dos objetos sostenidos uno contra el otro.

La fricción que nos permite caminar depende de la gravedad para convertir nuestra masa en peso que mantiene nuestros pies contra la superficie donde la fricción estática permite que las suelas de nuestros zapatos empujen contra la superficie de la Tierra.

Incluso cuando se patina sobre hielo, la fricción cinética mantiene las cuchillas deslizándose contra el hielo en dirección hacia adelante, y la fricción estática permite que los patines se empujen para impulsar al patinador hacia adelante.

Parte de la fricción es causada por la atracción molecular, como cuando las suelas Vibram pueden mantener el agarre en rocas lisas. Este es el resultado de las fuerzas electromagnéticas en las moléculas de caucho de Vibram que atraen a las moléculas de roca.

Incluso un motor de cohete, que de otro modo podría usarse para propulsarte en un entorno sin fricción, depende de la diferencia de fuerza entre la fricción causada por la gran presión del escape del propulsor en un área pequeña (presión de salida) y la menor fricción del escape del propulsor que fluye a través de ella. un área más grande (presión de flujo libre). La ecuación para el empuje del cohete muestra esto:

El coeficiente de fricción es una medida de la fuerza con la que se pegarán dos superficies. Es la relación entre la fuerza necesaria para inducir el deslizamiento y la presión que mantiene unidas las dos superficies. Se puede utilizar para calcular la cantidad de fricción:

$F$es la fuerza de fricción
$u$es el coeficiente de fricción
$N$es la fuerza normal (perpendicular a ambas superficies, que las presiona juntas)

Si las superficies pudieran deslizarse sin ninguna fuerza, el numerador de su coeficiente de fricción sería cero, el coeficiente mismo sería cero y la fuerza de fricción entre esas dos superficies sería cero. Aquí hay una lista de coeficientes de fricción de varios materiales . El coeficiente de fricción máximo es uno y el mínimo es cero.

La fricción existe en todas partes del Universo. Para que no haya fricción, no tendría que haber gravedad, ni fuerza electromagnética, ni gluones para mantener unidos los núcleos atómicos, ni bosones para permitir la acumulación de núcleos pesados ​​en las estrellas. Todo sería un caos. La tercera ley de Newton sería inoperante. El universo sería una sopa de densidad uniforme sin estructura. La entropía tendería a ser máxima. No serías capaz de caminar.

Supongo que por fricción cero te refieres a que no hay rugosidad ni deformidad en el suelo. Perfectamente suave. Aún así hay una manera de caminar. Al hundir el pie en el suelo lo comprimes un poco según la teoría atómica de la materia. Esta impresión permite que su pie esté ligeramente más bajo que los átomos adyacentes y, por lo tanto, puede alejarse de ellos. En el hielo, esto da como resultado la fusión de las capas superiores de átomos, lo que da como resultado la experiencia resbaladiza que tenemos. En la arena, podría caminar fácilmente mientras cava con cada paso.

No puedes caminar en absoluto si no hay un componente horizontal de la fuerza de interacción entre tú y el suelo; según esta definición, "sin fricción" equivale a "sin capacidad de moverse horizontalmente".

Pero para agregar a la respuesta de Hapa : puedes moverte arrojando cosas. ¿Cómo haces esto? Aquí hay una forma si no tiene un práctico saco de martillos listo en su bolsillo en caso de que los malvados a cargo de repente apaguen la fricción para divertirse:

1. Mirando hacia adelante, respire profundamente. A medida que aspiras el aire, éste asciende hacia tus fosas nasales. La fuerza de reacción engendrada por la tercera ley lo jala hacia abajo, pero eso está bien porque sus pies empujan contra la superficie de la Tierra, por lo que esencialmente no se mueve hacia abajo en absoluto.

2. Gire la cabeza para mirar en la dirección opuesta a la que desea ir. Si es necesario, use una deformación de forma cíclica de su cuerpo para lograr esto, como en la forma en que un astronauta puede girar en el espacio o la forma en que un gato en caída libre sin torsión puede voltear encima para aterrizar sobre sus pies (no necesitas cola);

3. Ahora exhale rápidamente por la boca, frunciendo los labios para obtener la máxima velocidad de escape del chorro de aire. Esto te empujará en la dirección que necesitas ir.

Repita el ciclo anterior para llegar a donde desea ir, teniendo en cuenta que también deberá realizar estas acciones para desacelerar cuando llegue allí.

El propósito de la pregunta, tal como lo leo, está relacionado con una condición ideal (superficie perfectamente lisa) y un hombre con pies/zapatos normales. En este caso no sería posible la marcha diaria normal, ya que la fuerza horizontal que mueve a la persona que va delante viene del roce entre los pies y el suelo.

F = k*N; F : Fuerza (horizontal) k: coeficiente de rozamiento (cero en esta pregunta) N: Fuerza normal (vertical en este caso, y es igual a la masa * Gravedad de la persona en cuestión, si no está saltando y si está perfectamente parada , sobre sus dos pies. Esta fuerza es irrelevante para la pregunta y la respuesta.)

si k = 0, entonces F= 0.

Sin embargo, si se trata de pedir una solución para caminar sobre una superficie sin fricción (¡súper teflón!), hay opciones.

1. como fue definido antes por muchos, Momentum. Lanzar una pelota comenzaría a mover a la persona, hasta que golpee algo o hasta que la resistencia aerodinámica (existe, ¿verdad?) la frene hasta detenerse, o hasta que la persona arroje algo más en la otra dirección. (Debe ser un lanzador perfecto para empezar y parar usando solo 2 lanzamientos, si el segundo lanzamiento está desalineado vectorialmente, seguirá moviéndose).
2. Zapatos clavados que se agrietan en el suelo. No hay fricción, pero tan pronto como los clavos se entierran en el suelo, permiten fuerzas horizontales. El suelo no debe ser demasiado rígido (no debe ser de mármol), para caminar cómodamente.

SÍ caminar es posible en un mundo sin fricciones con los movimientos apropiados de las extremidades. La idea es girar los brazos y las piernas para provocar la propulsión por el efecto Magnus. La técnica ha sido desarrollada en un ministerio del gobierno británico https://en.wikipedia.org/wiki/Ministry_of_Silly_Walks

Llamado así por su investigador Gustav Magnus, el efecto Magnus provoca una fuerza aerodinámica perpendicular al eje de un cilindro giratorio en el aire. Explica por qué una pelota voladora con topspin se desvía hacia abajo más de lo que se produciría solo por la gravedad, por qué el backspin tiene el efecto opuesto y el sidespin provoca un desvío hacia cualquier lado. Este artículo muestra aviones y barcos que utilizan el efecto Magnus para la propulsión.

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effect

Sí. Necesita crestas (alrededor de 2 mm de altura):

_____|~~~~~|______|~~~~~|____

Puede caminar sobre eso si su banda de rodadura tiene la forma correcta de fricción o no. La banda de rodadura de la bota se entrelazará con las crestas proporcionando tracción sin fricción y, por lo tanto, la capacidad de caminar.

¿Se puede demostrar matemáticamente usando los principios de la mecánica que no es posible caminar en un mundo sin fricción, o es solo por experimentación?

Todo depende de tu definición de caminar .

Si te refieres a deslizarte por una superficie horizontal gracias a la fricción , entonces por definición no, no es posible. Su ángulo crítico es cero, por lo que la componente horizontal de su movimiento por cualquier fuerza que pueda aplicar contra el pavimento será cero.

Puedes jugar con la definición de rozamiento (acoplamiento electrostático/electromagnético entre los apéndices para caminar y el pavimento), para que puedas caminar gracias a un tipo diferente de rozamiento.

Si está interesado en el desplazamiento horizontal , puede utilizar la tracción , una especie de fricción a gran escala: ya sea aprovechando las irregularidades del pavimento o creándolas pellizcando o apuñalando. Algunos habitantes del fondo del mar 'caminan' apuñalando la arena y usándola como tracción. Sin embargo, yo no llamaría a eso caminar ; está más cerca de una especie de escalada horizontal. Además, esto es un poco como hacer trampa; lo que llamamos fricción en la vida cotidiana también implica tracción , por lo que cuando decimos "Sin fricción" también deberíamos implicar que no hay tracción y "no hacer agujeros en el pavimento".

Otra posibilidad es emplear la reacción; ya sea nadando por el aire (necesitaría algún tipo de 'ala'), o directamente usando propulsión a chorro (conservación del impulso). Para eso necesitarías grandes pulmones y poderosos músculos torácicos. Hay una escena en The Sands of Mars de Arthur C. Clarke en la que, si no recuerdo mal, un personaje está varado dentro de una "burbuja" de hábitat, por lo que no tiene tracción (la burbuja es suave por dentro) y tiene fricción insuficiente (debido a estar en microgravedad). Recurre a tirar su ropa para ganar impulso, y lo complementa con vigorosos resoplidos y escupitajos ( en ese momento, su Capitán entra en la burbuja del hábitat ).

Es posible que cualquier fuerza que neutralice la fricción también cambie la viscosidad del aire y haga que el vuelo sea ineficiente. Esto deja la propulsión a chorro (o "calamar").

Algunas personas han sugerido tirar algo, eso no es caminar.

Sin embargo, un mundo sin fricciones no significa que sea perfectamente plano. Puede caminar aprovechando este hecho: si un pie está en una depresión, puede desarrollar una fuerza horizontal no mayor que el seno del ángulo de las paredes de la depresión multiplicado por su peso.

Tenga en cuenta, además, que si está de pie, inherentemente se deslizará hacia tales depresiones.

Si bien esto se parecerá mucho más a los primeros pasos tentativos de un niño pequeño que a lo que llamamos caminar, al menos es una locomoción basada en el movimiento de las piernas.

Si no hay fricción, entonces no puede confiar en que proporcione tracción. Sin embargo, aún deben existir otras fuerzas, ¡o caerías al suelo! Entonces, hay una solución artificial simple para poder caminar en un mundo sin fricción. Todo lo que se necesita es una superficie suficientemente contorneada, algo como este tipo de perillas que cubren la superficie:

   ####     ####     ####
    ##       ##       ##
###########################

Entonces todo lo que necesitas son zapatos con este tipo de suelas:

############################
         #         #
        ###       ###

Ahora, cuando camines, las perillas en la parte inferior de los zapatos se engancharán en las perillas en el piso, y luego podrás empujarlas sin que tus pies resbalen, de la misma manera que el piso evita que te caigas por la gravedad. .

La clave es que los ganchos tengan un ángulo de 90 grados o más para que el deslizamiento se detenga en la forma del gancho. Si el ángulo es menor, entonces las superficies se deslizarán en sentido contrario y se deslizarán sin engancharse.

La forma más práctica de lograr esto probablemente sería simplemente tener zapatos y pisos con velcro , aunque sospecho que el material podría necesitar ser alterado (¿más fuerte? ¿diferentes formas?) para permitir un enganche adecuado sin que la fricción ayude a las cosas.

Entonces, para responder a la pregunta del título: Sí, es posible caminar, si las superficies son adecuadas. Podría ser posible caminar sobre algunas superficies naturales que proporcionarían una acción de enganche, y sería fácil caminar sobre superficies artificiales construidas para tal fin.

Estoy de acuerdo con usted. La existencia de microsoldaduras en la superficie y el objeto es esencialmente lo que hace que nuestros pies/zapatos/calcetines/lo que sea empuje hacia atrás y hacia adelante sobre la superficie para impulsarnos hacia adelante. Sin algo a lo que respaldarnos (o más exactamente, a lo que engancharnos), no podemos esperar impulsarnos hacia adelante. La Tercera Ley de Newton dice que toda fuerza tiene una reacción igual y opuesta. Las microsoldaduras en nuestros pies esencialmente se "enganchan" y empujan hacia las microsoldaduras de la superficie, y la superficie empuja hacia atrás con la misma fuerza para impulsar nuestros cuerpos hacia adelante. Sin embargo, sin la existencia de estas microsoldaduras, no habría fricción y no habría nada a lo que "aferrarse" y "empujar hacia atrás". Serían solo dos superficies lisas que se frotan entre sí. Completamente suave.

No puedo explicarlo en términos completamente matemáticos, pero así es como creo que sería.

El coeficiente de fricción sería$0$, por lo tanto, todo el tiempo, no existiría fricción. Tenga en cuenta que la resistencia del aire también es un tipo de fricción, por lo que también podemos decir que es inexistente. Si levantamos nuestros pies y los ponemos hacia adelante, esencialmente, estamos poniendo peso hacia adelante con respecto a nuestro centro de masa, por lo tanto, impulsamos el cuerpo hacia adelante con una fuerza de peso/propulsión. Pero dado que no hay fuerza para mantener el resto de nuestro cuerpo hacia atrás, o nuestros pies plantados para estabilizarnos, el peso nos haría caer de cara al suelo cruel y sin corazón.

Además de las respuestas ya dadas que cubren los aspectos de impulso y tracción del problema, también me gustaría incluir el magnetismo. Simplemente podría usar campos magnéticos para empujarlo o jalarlo en la dirección que desea ir. Puntos de bonificación por usar electroimanes simples que podrían encenderse y apagarse para que pueda acelerar/desacelerar a voluntad.

¿Hay al menos 3 respuestas a su pregunta dependiendo de lo que quiera decir con "mundo"?
1 - si te refieres a "universo", la respuesta es no, porque no habría "nada" que pudiera caminar, o un lugar para caminar.
2 - si te refieres a "tierra", la respuesta es no, porque no habría tierra.
3 - si te refieres a "superficie", la respuesta es no, porque no se puede crear un componente de fuerza horizontal al caminar.

Newton lo expresó con precisión en la ley de la inercia. Un cuerpo (en este caso, una persona normal con shoos que intenta caminar sobre una superficie sin fricción) mantiene su estado de movimiento a menos que una fuerza externa desequilibrada actúe sobre él. Esto significa que la persona sobre la superficie sin fricción mantiene su estado de reposo, si estaba en reposo, o se mueve con la velocidad con la que se movía. No puede cambiar su velocidad. Tampoco puede cambiar su estado de reposo a menos que haga algo para cambiar su estado cambiando la fuerza que actúa sobre él.

La pregunta aquí es caminar en un mundo sin fricción que no se mueve. Caminar es diferente a viajar en el espacio utilizando fenómenos de acción-reacción, radiación (luz que viaja en el espacio), vibración molecular (sonido y calor). Caminar es moverse solo con la ayuda de la fricción. Arrastras una pierna hacia el suelo un poco hacia atrás y levantas la otra pierna hacia adelante. Eso significa que la otra pierna está soportada por la fuerza de fricción con la superficie (ver Fig.).

Según la segunda ley de Newton:

En resumen, si no hay fricción, no se caminará porque no hay apoyo en la otra pierna, pero podría haber movimiento dependiendo de la fuerza necesaria para el movimiento.