¿Cómo es que la dirección de la fricción estática no es opuesta sino perpendicular cuando se trata de fuerzas centrípetas?

Estaba tratando de entender esta solución y la idea general de un automóvil que se mueve alrededor de una curva nivelada, cómo la fricción proporciona la fuerza centrípeta. Pero todavía no puedo envolver mi cabeza alrededor de la idea. Entonces, tal vez sería útil si lo guío a través de mi lógica y puede ver dónde me equivoqué en mi razonamiento.

Puedes deducir del requisito de la fuerza centrípeta que mientras te mueves en un tiovivo, tiene que haber alguna fuerza centrípeta que te mantenga en movimiento en el patrón circular. Pero digamos por un momento que no hay una fuerza centrípeta actuando sobre mí y estoy parado en un tiovivo. Me moveré a una velocidad constante en una dirección tangente al centro del círculo. "La fricción estática que actúa sobre un objeto apunta en dirección opuesta a la dirección en la que el objeto se deslizaría a lo largo del otro objeto si no existiera la fricción estática". Ahora estoy en el momento en que comencé a deslizarme, deslizándome con un vector de velocidad que es ortogonal a la fuerza centrípeta. Si la fricción estática apunta en la dirección opuesta y me estoy deslizando tangente al círculo, ¿no debería?

Respuestas (2)

Si se desliza por la superficie, entonces la "fricción estática" no es aplicable. Considere primero su movimiento en un tiovivo sin deslizarse. En cualquier instante, tu velocidad tangencial es la misma que la velocidad tangencial de la superficie bajo tus pies. Dado que las dos velocidades son iguales, no se requiere una fuerza de fricción instantánea para mantenerte en movimiento junto con la superficie en esa dirección. Digamos que tu tiovivo está girando en el plano xy y estás en la 'parte superior', de modo que tu velocidad no tiene componente y.

Un instante después, las fuerzas moleculares centrípetas empujan el punto bajo sus pies hacia el centro del círculo. Estas fuerzas están (en este punto del círculo) completamente en la dirección y, pero no en la dirección x. Sin embargo, dado que no estás unido molecularmente al tiovivo, esas fuerzas no te afectan. Entonces te estás moviendo en la dirección x, pero no en la dirección y. Ahora hay un pequeño movimiento relativo entre usted y la superficie en la dirección y (es decir, radial). Porque esa es la dirección del movimiento relativo entre tus pies y el tiovivo, esa es la dirección de la fricción estática.

Ahora, si tuviera que superar la fricción estática y comenzar a deslizarse, la dirección de la fricción cinética no sería puramente radial, porque además de su movimiento relativo radial, su velocidad tangencial comenzaría a diferir de la de la superficie, por lo que habría tangencial. fuerzas de fricción también. Pero eso depende de su posición con respecto a la superficie que está cambiando, lo que no se aplica a su pregunta original sobre la fricción estática.

Esta es una buena respuesta clara.

Creo que primero debemos aclarar una cosa y es, en un nivel infinitesimal, ¿hacia dónde apunta la aceleración de un cuerpo que se mueve en una trayectoria circular? La respuesta es que siempre apunta en dirección opuesta al centro de curvatura de tu camino, carretera o lo que sea. Entonces, siempre hay una fuerza en acción, una fuerza que está tratando de moverte especialmente fuera de tu vector de velocidad momentánea. Pero este vector cambia constantemente, por lo que la fuerza también lo hace. Entonces, la dirección de una fuerza de fricción siempre está cambiando también. Ahora, si te imaginamos parado sobre un disco circular y un disco comienza a girar, la fricción definitivamente te mantiene en este movimiento circular. Pero la naturaleza de este movimiento circular es tal que siempre cambia de dirección. Siempre. Si apaga esta fuerza (fricción) que cambia su dirección, tu velocidad permanecería sin cambios y te saldrías de tu camino. ¿Qué pasa con la fricción relacionada con la dirección tangente al círculo? Bueno, en el caso de un automóvil en movimiento, en realidad lo ayuda a moverse. Imagina que estás parado sobre un disco hecho de hielo. Lo único que tiene que mantener en su lugar es algún tipo de pared removible colocada detrás de usted para que el disco acelere su velocidad angular y la pared lo mantenga en su lugar. Pero notarás que también te estás alejando del centro. Y aquí esta pared que te ayudó cuando el disco empezaba a girar ahora no sirve para nada. Pero ahora, con su velocidad angular emparejada con el disco, retire la pared de su espalda y colóquela de lado. Detendría su deslizamiento. Por supuesto, si el disco cambia su velocidad angular, sería una historia diferente. Ahora tendría que tener dos paredes, uno a un lado y otro detrás de ti. En este ejemplo, USTED SIEMPRE ESTÁ MIRANDO EN LA DIRECCIÓN TANGENTE A LA DE UN CÍRCULO EN EL QUE SE ESTÁ MOVIENDO.

"La respuesta es que siempre apunta en sentido contrario al centro de curvatura de tu camino, carretera o lo que sea". Supongo que te refieres al centro aquí.
La aceleración siempre apunta en la dirección de la fuerza. Si estamos hablando de fuerza centrípeta, entonces sí, es hacia. Si hablamos de centrífugas, está lejos. La fricción está suministrando fuerza centrípeta y, de esa manera, está apuntando hacia. Pero esto es solo porque el cuerpo está tratando de alejarse. Entonces, sí y no :-)
Para preguntas introductorias como esta, hay un par de cosas que trato de tener en cuenta: (a) los estudiantes de este nivel tienen dificultades para intuir el marco de referencia que estás usando, así que díselo explícitamente y (b) si vas a trabajar en un marco no inercial, debes tener claro que esto introduce una pseudofuerza. Estoy de acuerdo en que la respuesta aquí es más clara en el marco giratorio, pero eso depende de que el lector pueda traducir de coordenadas inerciales a no inerciales con cierta fluidez.
Podría ser así. Buen punto de hecho. Pero, esto es tanto como un esfuerzo que me gustaría aportar en este momento. Ser el más claro en este momento está bien. Tenía la impresión de que rb612 debería apuntar en la dirección de la velocidad angular constante frente a la aceleración angular porque, sin saberlo, eso podría ser la fuente de su confusión.
Visto tu perfil, y cita. A mí me gusta uno... La física es esa área de la experiencia humana que se describe mejor con el oscilador armónico.