Encontrar la fuerza de fricción de un objeto en movimiento y su cambio cuando acelera a una velocidad constante

Esto podría ser más detallado de lo que desea; Me disculpo de antemano.

Hay dos formas de fricción:

1. fricción estática La fuerza de fricción ejercida sobre un objeto cuando está en reposo.

2. fricción cinética La fuerza de fricción ejercida sobre un objeto cuando está en movimiento.

Estas dos formas de fricción tienen propiedades cualitativas. Específicamente, la fuerza de fricción cinética depende solo de la magnitud de la fuerza normal$F_N$ejercido sobre el objeto en movimiento y el coeficiente de fricción cinética$\mu_k$de la superficie sobre la que se mueve. De hecho, al señalar la magnitud de la fuerza de fricción cinética dada por

$$F_k = \mu_k F_N$$ La fuerza de fricción estática, por otro lado, cambia dependiendo de las otras fuerzas externas sobre el objeto.

Para entender por qué, piense en una caja que está quieta sobre una mesa horizontal. La caja no sentirá una fuerza de fricción en ausencia de cualquier otra fuerza (si la sintiera, entonces aceleraría). Sin embargo, si comienzas a ejercer una fuerza lo suficientemente pequeña sobre la caja, aún no se moverá y, en este caso, la fuerza de fricción estática está contrarrestando exactamente la fuerza que ejerces. Sin embargo, si presiona lo suficiente, la caja eventualmente comenzará a deslizarse. Esto ilustra que la fuerza de fricción estática puede tener cualquier valor entre cero y algún máximo que resulta ser dado por$\mu_s F_N$dónde$\mu_s$es el coeficiente de fricción estática. Matemáticamente, esto se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

$$F_s \leq \mu_s F_N$$ dónde $F_s$es la magnitud de la fuerza de fricción estática.

Habiendo dicho todo esto, permítanme reiterar que la fricción cinética siempre tiene la magnitud$\mu_k F_N$independientemente del estado de movimiento del objeto . Si empuja continuamente un objeto con una fuerza mayor que este valor, seguirá acelerando para siempre. Para que la aceleración se detenga, debe reducir la fuerza aplicada para que sea igual a la fuerza de fricción estática.

Por último, dada una fuerza aplicada$F$, la aceleración del objeto satisfará la segunda ley de Newton, que dice que la fuerza neta aplicada es igual a la masa del objeto multiplicada por su aceleración;

$$F - F_k = ma$$ La aceleración del objeto es la tasa de cambio de su velocidad, por lo tanto, determine la velocidad en función del tiempo, en general, tendría que resolver la siguiente ecuación diferencial: $$\frac{dv}{dt} = \frac{1}{m}(F - F_k)$$

¡Tienes toda la razón, y luego, en el último minuto, te ves en la dirección equivocada!

Examinemos el último bit. Si continuara aplicando una fuerza neta sobre un objeto durante un tiempo infinito, de hecho aceleraría infinitamente. No hay nada malo aquí. El punto clave es la fuerza NETA, es decir, la cantidad neta de fuerza y ​​su dirección, que se aplica debido a la fricción que actúa (resistencia, negativa) y el empuje que ejerce (empuje, positivo). Además, si dejara de empujar su objeto, entonces su fuerza neta solo se debe a la fricción; esto hará que disminuya la velocidad (aceleración, negativa). Como dijiste inicialmente, debes equilibrar la fricción y la fuerza con la que presionas para obtener esa velocidad constante. Si no consigues el equilibrio correcto y sigues empujando para siempre, ¡tu velocidad aumentará/disminuirá para siempre!

¿Esta respuesta probablemente ya pasó su fecha de caducidad?

Todo lo que ha descrito en su pregunta son casos ideales con las fuerzas de fricción y la fuerza aplicada constante.
Si se hacen esas suposiciones, entonces en la Física Clásica la masa continuará acelerándose y no alcanzará una velocidad terminal.

Sin embargo, cuando uno observa una situación más realista en la que la fuerza de fricción depende de la velocidad de la masa y las limitaciones del dispositivo que aplica la fuerza, entonces puede comprender por qué la aceleración podría no continuar siendo constante todo el tiempo.

La ecuación básica del movimiento es$F_{\rm applied} - F_{\rm friction} = ma$

Si el lado izquierdo permanece constante y la masa$m$permanece constante entonces la aceleración$a$permanece constante.
Incluso en esta situación puede haber una posible restricción que no haya pensado en cuál es la potencia de entrada necesaria para acelerar la masa.
Esto es$F_{\rm applied} \, v$dónde$v$es la velocidad de la masa.
Notará que a medida que aumenta la velocidad, también debe hacerlo la entrada de energía.

Si$F_{\rm applied}$se mantiene constante entonces la suposición de que$F_{\rm friction}$es constante es poco probable que se mantenga a medida que aumenta la velocidad de la masa.
Por ejemplo, el fluido alrededor de la masa, que no se ha mencionado en el caso ideal, podría contribuir significativamente a la fuerza de fricción y hay muchos ejemplos bien documentados en los que la fuerza de fricción es proporcional a la velocidad de la masa o proporcional a la velocidad de la masa . (velocidad)$^2$.
Estos son ejemplos de uso común, pero puede ser que la fuerza de fricción dependa de la velocidad de una manera más compleja.

Entonces, al analizar la situación cuando una masa alcanza una velocidad terminal con una fuerza constante que se le aplica, debe tener conocimiento de cómo las fuerzas de fricción dependen de la velocidad de la masa.

F=M x A=F
25 x 25=6,25

Para la explicación, la fórmula debe ser F=M x A=F

Por ejemplo 25 kg. es la masa y .25.00.00 es la aceleración de la velocidad límite. Ahora debes multiplicar los dos 25 y la respuesta es 6.25

El objeto continuará acelerando hasta justo por debajo de la velocidad de la luz (límite de velocidad del universo), pero solo en el vacío. Desafortunadamente, solo sé un poco sobre la resistencia del aire, pero aparentemente, cuanto más rápido viaja un objeto, más trata la atmósfera de resistir el objeto. Aquí es donde entra la aerodinámica.

Estoy seguro de que está familiarizado con la imagen clásica del reingreso del transbordador espacial con el fondo rojo ardiente del transbordador a toda velocidad a través de la atmósfera superior. Ese calor se produce al chocar rápidamente con partículas de oxígeno y nitrógeno ionizado que se mueven a velocidades increíbles debido al calor del sol. Creo que esto es arrastre atmosférico. No estoy seguro de si ese ejemplo ayuda, o si este problema es demasiado antiguo para llamar la atención, pero bueno, también podría publicar esto.

Hay una serie de afirmaciones incorrectas en su declaración. Dices: "seguramente... seguirás acelerando hasta el infinito". Desde$a = \frac {F}{m}$, siempre que aplique la fuerza neta F, solo obtendrá una aceleración constante a . El valor de la aceleración no solo no tiende al infinito, sino que en realidad no cambia, a menos que cambie la fuerza neta. ¡Cuando no hay fuerza neta, la aceleración tiende a cero!

Lo que cambia es la velocidad del objeto ($V = V0 + at$), siempre que la aceleración esté presente.

Usando los valores que proporciona, las aceleraciones correspondientes serían

$$a1 = \frac {50- (.5)(10)(9.8)}{10} = 0.10 \text{ } m/{s^2}$$ $$a2 = \frac {60 - (.5)(10)(9.8)}{10} = 1.10 \text{ }m/{s^2}$$ .

Partiendo de V0 = 0 y aplicando la fuerza de 50N durante 60 segundos, el objeto alcanzaría una velocidad de

$$V1 = 0 + (.1)(60) = 6\text{ } m/s$$ Si ahora cambiamos la fuerza a 60N y la aplicamos durante 30 segundos, la nueva velocidad sería $$V2 = 6 + (1.1)(30) = 39 \text{ } m/s$$ Dado que el coeficiente de fricción estática (no dado) normalmente es más alto que la fricción cinética, lo más probable es que el objeto no se mueva con la fuerza de 50N. Si este es el caso, entonces la velocidad final sería de 33 m/s

Como habrás notado, tuve que especificar arbitrariamente la duración de las fuerzas aplicadas, de lo contrario no se podría obtener una respuesta.

Nota: aceleración de la gravedad = 9,8 m/${s^2}$.