Fricción al resbalar y rodar

Para responder a sus preguntas en breve:

• ¿Por qué la fricción deja de ejercer una fuerza?

¡No es así! La fricción estática todavía funciona. La rueda no patina; esta rodando _ En el punto de contacto, la rueda y la superficie permanecen juntas debido a la fricción estática. Esta punta de la rueda no se desliza sobre la superficie. Así que no hay fricción cinética, pero ciertamente fricción estática. Si no, ¿cómo arrancarías tu coche? Sus neumáticos necesitan agarre (fricción estática) en la superficie y no deben resbalar.

Sin embargo, la cita que das menciona la velocidad constante . Eso es lo mismo que decir que no hay aceleración y, por supuesto, que tampoco hay aceleración angular . Cuando ese sea el caso, que será después de algún tiempo, todos los pares deben sumar cero. Entonces, si la fricción es la única fuerza que genera un par, entonces la fricción debe ser cero. La fricción solo hace que la rueda comience a acelerar su rotación: hace que la rueda comience a girar cuando su automóvil acelera. Pero cuando la rotación es constante, ya no hay fricción, al igual que cuando el bloque se desliza con velocidad constante sobre el hielo, o cuando el transbordador espacial se desplaza a velocidad constante, no hay fricción que lo frene.

• ¿Me equivoco al decir que la fricción ejerce una fuerza cada vez que un objeto y su superficie pueden estar distanciados entre sí?

Sí, te equivocas. Si levanto una bolsa de papas del piso, no hay fricción.

Pero sé lo que quieres decir: ¿qué pasa si mueves el objeto en paralelo a lo largo de la superficie? Aún así, idealmente puedes tener una superficie helada sin fricción, pero aparte de eso, supongo que no.

Las respuestas predominantes parecen sugerir que la fricción no se detiene. Si ese fuera el caso, dado que ya no hay fuerzas horizontales, habría algún tipo de aceleración horizontal debido a$F_{net}=ma$, Pero ese no es el caso.

La respuesta es que la fricción ya no ejerce una fuerza cuando la pelota rueda sin deslizarse. Tratemos de desempaquetar esa declaración, considerando ejemplos donde la fricción ejerce y no ejerce una fuerza:

1. Un saco de papas se encuentra en el suelo, sin que actúen fuerzas horizontales sobre él.

En este caso, el rozamiento no actúa, ya que no hay movimiento relativo.

2. Un saco de papas es arrastrado por el suelo.

En este caso habría fricción, ya que hay un movimiento relativo entre el suelo y el saco de papas.

3. Una fuerza horizontal intenta arrastrar un saco de papas, pero no se mueve.

En este caso, hay rozamiento , pero en forma de rozamiento estático , que impide lo que habría sido un movimiento relativo de no haber existido el rozamiento.

En este caso, la bola rodante es más similar al caso 1 , porque en todo momento, la parte inferior de la bola no tiene movimiento relativo con el suelo, y no hay otras fuerzas que la perturben. Por eso, en un escenario ideal sin otras fuentes de fricción (es decir, fricción de rodadura), una bola que rueda sin deslizarse seguiría rodando indefinidamente.

La fricción no se detendrá. La fricción es responsable del movimiento horizontal de la rueda. Sin embargo, la velocidad se volverá (y permanecerá) constante.

Se llama fricción estática . Lo que ya no tienes es fricción cinética .

El cuerpo rígido, o bola en la imagen descrita arriba, tiene una fuerza aplicada sobre él. La fuerza de fricción aumentará continuamente hasta que alcance una fuerza de fricción estática máxima.

La fuerza de fricción estática está definida por

En ese punto, el objeto comienza a deslizarse y ya no se aplica la fricción estática. En cambio, entre el objeto y la superficie sobre la que se desliza, hay una fuerza de fricción cinética más o menos constante que se puede definir por:

¿Me equivoco al decir que la fricción ejerce una fuerza cada vez que un objeto y su superficie pueden estar distanciados entre sí?

Depende de lo que entiendas por "distanciado". Si el objeto todavía está en contacto con una superficie, experimentará fricción. Sin embargo, si tira del objeto y lo levanta de dicha superficie, por supuesto, ya no estará bajo la influencia de la fricción. En cambio, está sosteniendo el objeto en un fluido (por ejemplo, aire) y, dependiendo de la fuerza aplicada, puede experimentar otra fuerza no conservativa, como la resistencia del aire.