Dificultad conceptual con la fricción y la inercia

Consideremos ambos casos en el marco de la carretera. Deja que el autobús tenga aceleración.$a$.

1. La caja se pega al fondo del autobús. Por lo tanto, la caja acelera con el autobús, y su aceleración también es$a$. Esta aceleración se debe a la fuerza de fricción estática.
2. La caja resbala y no acelera tan rápido como el autobús. Su aceleración es menor que$a$. Esta aceleración se debe a la fuerza de fricción cinética.

Dado que la caja experimenta una aceleración menor en el escenario (2), experimenta una fuerza menor. Por lo tanto, la fuerza de fricción cinética es menor que la fuerza de fricción estática.

Te equivocas al pensar que la fricción cinética es mayor que la fricción estática. Cuando comienzas a empujar contra un objeto, al principio no se mueve. A medida que aumentas la fuerza, eventualmente comienza a moverse. Una vez que se está moviendo, puede disminuir la fuerza, mientras mantiene la caja en movimiento.

Esto explica el uso de los sistemas de frenos antibloqueo (ABS) en los automóviles. Cuando una rueda no patina, su punto de contacto con el suelo es estático. Cuando frenas con ABS, los sensores detectan cuando una rueda deja de girar, lo que indica que patina. Luego, el sistema libera automáticamente los frenos. Esto permite que la rueda deje de patinar y restablezca la fricción estática. Hacer esto permite que el automóvil mantenga la máxima potencia de frenado.

Puede probar esto si tiene un automóvil sin ABS. En una carretera mojada o helada (sin obstáculos, preferiblemente), aplique cada vez más fuerza en el pedal del freno. Cuando las ruedas se bloqueen, se sentirá como si el automóvil de repente saliera disparado hacia adelante. Suelte el freno y vuelva a intentarlo más suavemente para obtener más fuerza de frenado. Antes de que se introdujera el ABS, esta era una práctica de rutina para los conductores experimentados.

1. Si la fricción estática es lo suficientemente grande, la caja acelera con el autobús con una aceleración igual a la del autobús.

Esto es correcto, y la oración debe terminar aquí. La caja y el autobús tienen la misma aceleración, y la aceleración incluye la dirección. Agregar las palabras "en la dirección de la fuerza" aquí no tiene sentido.

2. Si la fricción estática no es lo suficientemente grande, la caja trata de mantener su inercia y luego se mueve con el autobús después de que se activa la fricción cinética.

Esto parece sugerir que la caja primero permanece estacionaria, pero después de un tiempo, la fricción cinética pasa cierto umbral y la caja comienza a moverse. Todo sobre esta descripción es incorrecto.

Si la fricción estática no es lo suficientemente grande, la caja se desliza. Cuando la caja se desliza, no hay fricción estática en absoluto, solo fricción cinética. Esta fricción cinética es proporcional a la fuerza normal (en este caso, constante ). En cualquier caso, la fricción cinética no depende de cuánto se haya deslizado la caja. [1] La caja no acelera tanto como el autobús, pero acelera , y esta aceleración comienza inmediatamente .

[1] A menos que este deslizamiento haga que la caja se mueva a una sección del piso con un coeficiente de fricción diferente.

La falla en su razonamiento es que ha confundido dos situaciones diferentes en el caso 2.

Has descrito una situación en la que el autobús tiene una aceleración constante y la fuerza de fricción no es suficiente para igualar la aceleración del autobús. En este caso, la respuesta de DanDan0101 es completamente correcta: la caja se deslizará hacia atrás para siempre.

Pero la otra situación es aquella en la que la caja comienza a deslizarse y finalmente se detiene. Este resultado es completamente posible: probablemente lo haya visto en la vida real, por lo que está preguntando al respecto. Entonces, ¿qué tiene de diferente esta situación que finalmente hace que la caja se detenga?

La respuesta es que la aceleración del autobús no es constante.

El autobús acelera durante una cierta cantidad de tiempo, y durante este tiempo la caja se desliza porque la fuerza de fricción no puede acelerar la caja lo suficiente como para mantener el ritmo. Entonces el autobús deja de acelerar y se mueve a una velocidad constante. Ahora, la aceleración de la caja debido a la fricción es mayor que la del autobús (porque la aceleración del autobús es 0), y la caja dejará de deslizarse una vez que haya acelerado para igualar la velocidad del autobús.