¿En qué marco de referencia existe la fricción?

¿Qué es la fricción?

Wikipedia define la fricción como:

La fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo de superficies sólidas, capas fluidas y elementos materiales que se deslizan entre sí.

Pero las fuerzas son relativas, entonces, ¿en qué referencia existe la fricción? Normalmente asumimos que cuando decimos que una fuerza actúa sobre un cuerpo, queremos decir que la fuerza actúa sobre el cuerpo desde el marco del suelo.

Pero luego considere un bloque en el camión, ambos tienen la misma aceleración con respecto al suelo y suponga además que la superficie de ambos es rugosa.

camión

Entonces, ¿en qué referencia existe la fricción en este caso? Desde el punto de vista del suelo, existe una fuerza que actúa sobre el bloque, según las leyes de Newton, en la dirección de la aceleración. ¿Es esta fuerza de fricción? No, esa es la fuerza por la que se mueve el camión, a partir de esta referencia puedo considerar que el bloque es parte del camión y no hay necesidad de invocar la fuerza de fricción en absoluto.

Ahora, ¿hay fuerza de fricción de la referencia del camión? De nuevo no, ya que el bloque no se mueve en absoluto con respecto a la referencia del camión, por lo que no podría haber fricción.

Entonces, ¿hay fricción o no en los casos?

Ahora supongamos que el bloque está hecho de hielo y la superficie del camión está mojada, entonces la aceleración del bloque será diferente a la del camión, digamos que es en la dirección de aceleración del camión pero con una magnitud menor que esa. del camión Ahora, desde la referencia del suelo, debe haber una fuerza contra la aceleración, es la fricción. Pero, ¿qué tipo de fricción es esta? ¿Es esta fricción estática o cinética?

Entonces, ¿en qué referencia hay necesidad de introducir fuerza de fricción? ¿Y cómo se decide el tipo de fricción a partir de una referencia distinta de las superficies entre las que existe la fricción?

RE: "simplemente considere que el bloque es parte del camión y no hay necesidad de invocar la fuerza de fricción en absoluto". Ese método no explicaría los casos (por ejemplo, el bloque está hecho de hielo y la caja del camión está mojada) donde el bloque tiene una aceleración diferente a la del resto del camión.

Respuestas (3)

... las fuerzas son relativas ...

No, ellos no son. Las fuerzas reales sobre un objeto (y eso incluye la fricción) son las mismas en cualquier marco de referencia. Sin embargo, si trabaja en un marco de referencia no inercial (como el marco de referencia de un camión que acelera), es posible que deba introducir pseudofuerzas para fingir que los objetos (como el bloque) están en equilibrio cuando no es así.

En el marco de referencia no inercial de un camión que acelera con aceleración a , hay una pseudo fuerza hacia atrás − metro a en el bloque. A esto se opone una fuerza de fricción hacia adelante. metro a , de modo que el bloque esté estacionario con respecto al camión.

En el marco de referencia inercial del suelo, solo hay una fuerza horizontal que actúa sobre el bloque, la fuerza de fricción hacia adelante. metro a . Esto acelera el bloque hacia adelante con aceleración. a para que esté estacionario en relación con el camión.

Tenga en cuenta que la fuerza de fricción es exactamente la misma en cualquier marco de referencia.

(Supongo que a lo largo de eso a <= m gramo , por lo que no se supera el rozamiento estático máximo y el bloque no resbala sobre el camión).

Entonces, ¿estoy en lo correcto al decir que para decidir el tipo y la dirección de la fricción, uno debe cambiar su marco al de una de las superficies en contacto, luego dibujar el diagrama de cuerpo libre del otro cuerpo y luego dibujar una fuerza opuesta a la dirección de fuerza que actúa horizontal (paralela a ambas superficies). Si el cuerpo se mueve en este marco, la fricción es cinética, si no, ¿estática?
@IDKWTD Siempre es más simple usar un marco de referencia inercial, que evita la necesidad de pseudo fuerzas. La dirección de fricción siempre será paralela a la superficie entre dos objetos y se opondrá al movimiento relativo entre ellos. Y no olvides que la fricción igual y opuesta actúa sobre ambos objetos, por la tercera ley de Newton.
@IDKWTD: No es necesario "cambiar su marco al de una de las superficies en contacto". Elija cualquier marco inercial: la diferencia de velocidades de las dos superficies en ese marco es la misma. Es decir, las velocidades relativas de las superficies son independientes del marco de referencia inercial, por lo que dan la misma fuerza de fricción independientemente de la elección del marco de referencia de inercia. (Suponga que está viendo un video tomado por una cámara que se mueve con un movimiento lineal constante. La diferencia de velocidades entre las dos superficies es la misma independientemente del movimiento lineal constante que tenga la cámara).
@Eric Towers forma un marco de referencia inercial, no habrá velocidad relativa entre el bloque y el camión, entonces, ¿debería concluir que no hay fuerza ficticia?
@IDKWTD: ha explicado en otra parte que la fricción estática está presente cuando las fuerzas laterales son lo suficientemente pequeñas como para que la aceleración lateral asociada no pueda inducir la velocidad lateral y la fricción cinética está presente cuando las fuerzas/aceleraciones laterales son lo suficientemente grandes como para inducir la velocidad lateral. Es decir, la fricción estática es pegajosa, lo que hace que los objetos no comiencen a moverse cuando las fuerzas/aceleraciones son pequeñas, y la fricción cinética es lo que se obtiene cuando las aceleraciones/fuerzas son lo suficientemente grandes como para que se produzca un movimiento relativo. Habiendo dicho que no hay velocidad relativa, ...
@IDKWTD Sin fricción, habría un movimiento relativo entre el bloque y el camión: el bloque se deslizaría hacia atrás en relación con el camión. Por lo tanto, si no hay movimiento relativo entre el bloque y el camión, entonces debe haber fricción.
@IDKWTD: "no habrá velocidad relativa entre el bloque y el camión": puede haber fricción incluso cuando no hay movimiento relativo; en el modelo simplificado tradicional, hay dos regímenes de fricción: fricción estática (sin velocidad relativa, evita que la cosa se deslice) y fricción cinética (ocurre cuando el objeto está en movimiento relativo). ver esto
@IDKWTD: Supongo que lo que te confunde es que el bloque se mueve con el camión, pero recuerda, el camión está acelerando , esa es la clave. Según la primera ley, los objetos se esfuerzan por conservar su estado de movimiento; si tuviera la capacidad de desactivar repentinamente la fricción de contacto, el bloque continuaría moviéndose en línea recta con velocidad constante (con respecto al suelo), pero el camión lo alcanzaría porque su propia velocidad aumenta constantemente . Entonces, la fricción proporciona aceleración al bloque para que pueda mantenerse.

Considere la situación en la que el camión está acelerando con respecto al suelo y también deje que el bloque esté estacionario con respecto al camión, como en su situación. Luego considere el marco de referencia del camión.

Entonces, dado que el camión es un marco de referencia acelerado, el bloque siente una fuerza "ficticia" (llámese GRAMO ), apuntando hacia atrás fuera del camión. Si el bloque está parado con respecto al camión, entonces debe darse el caso de que exista una fuerza F contrarrestar GRAMO . Eso es fricción.

¿Es esto un error tipográfico: el camión está acelerando desde la referencia del camión?
mal inglés, déjame reformular
¿Qué tipo de fricción es esta? ¿Estático o cinético?

Cuando el camión comienza a acelerar, el bloque tiende a quedarse quieto debido a su inercia. Entonces hay una tendencia a un movimiento relativo entre la plataforma y el bloque. Siempre que hay un movimiento relativo o una tendencia al movimiento relativo, hay una fuerza de fricción si las superficies rugosas están en contacto entre sí. Esa es la fuerza que acelera el bloque con el camión. Esto es con respecto al marco de tierra.

Si considera la referencia del camión, el bloque se detiene. Pero tiene una fuerza ficticia. metro a hacia atrás porque se mueve con a aceleración con respecto al marco del suelo. Para equilibrar esta fuerza debe haber una fuerza opuesta, y esa es la fricción.

Por lo tanto, no importa qué marco de referencia esté considerando, existe fuerza de fricción si son superficies rugosas.

¿Las superficies realmente necesitan ser rugosas? Si la cama está mojada y tienes cubitos de hielo encima, todavía hay fricción, ¿verdad? ¿Mucho más pequeño (posiblemente insignificante)?
@AlexisWilke, sí, las superficies deben ser rugosas. Incluso un cubo de hielo no es perfectamente liso. Es por eso que tiene una pequeña cantidad de fricción (es insignificante, pero todavía la hay). Y la fricción también existe en los líquidos y se llama 'viscosidad'. Si puede encontrar superficies perfectamente lisas, ¡incluso puede construir una máquina de movimiento perpetuo!
¿En qué marco de referencia existe la fricción?
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