Fricción cinética y tercera ley de Newton

Question

Fricción cinética y tercera ley de Newton

usuario3711671

Considere estos dos casos:

1) Un objeto de masa $m_1$ está en un carro móvil de masa $m_2$ , se conoce el coeficiente de fricción entre el objeto y el carro. Si una fuerza $F$ actúa sobre el objeto y no es lo suficientemente fuerte para superar la fricción, entonces la aceleración del carro y todo el sistema es $a=\frac{F}{m_1+m_2}$ .
Sin embargo, si la fuerza es lo suficientemente fuerte como para vencer la fricción, la aceleración del carro es en realidad igual a $\frac{F_{friction}}{m_2}$ .¿Cómo afecta la fricción al carro y dónde está la masa del objeto ( $m_1$ )? No recuerdo ningún libro de texto que diga esto sobre las fuerzas de fricción.

2) Ejemplo similar pero la fuerza externa ahora es fuerza gravitatoria. Esta vez el carro está inclinado. La fuerza que actúa sobre el carro inclinado no se debe solo a la fricción entre el carro y el objeto, sino a la fuerza resultante que actúa sobre el objeto que está en la pendiente (suma de la fuerza gravitacional y la fuerza de fricción). ¿Por qué se considera la segunda fuerza (gravitacional) en este ejemplo pero no en el anterior (el primer ejemplo considera solo la fricción pero no la fuerza $F$ ).

La fuerza sobre el objeto en el segundo ejemplo es $F=m_2gsin(\alpha)-\mu m_2gcos(\alpha)$
y la fuerza horizontal es
$F_x=Fcos(\alpha)$
La fuerza que empuja el carro (en el segundo ejemplo) es igual a $F_x$ pero tiene dirección opuesta

Respuestas (2)

Fricción cinética y tercera ley de Newton

RW pájaro · Answer 1

En el primer caso, si se ha superado el rozamiento estático, entonces el rozamiento cinético actúa hacia delante sobre el carro y hacia atrás sobre el objeto, que deben considerarse por separado. En el segundo caso, hay una fuerza normal del objeto que actúa sobre el carro. Esto es causado por un componente de la gravedad en esa dirección que actúa sobre el objeto. Esta fuerza normal tiene una componente horizontal que actúa hacia la derecha. La fuerza de fricción cinética que actúa sobre el carro tiene una componente horizontal que actúa hacia la izquierda. En ausencia de otras fuerzas externas, la resultante de estas dos acelera el carro hacia la derecha. En el caso estático, la resultante sería cero. Tenga en cuenta que si el objeto se desliza por la pendiente, su dirección de movimiento no es paralela a la superficie del carro en movimiento, que debe usarse como base para un marco de referencia acelerado.

Creo que entiendo algo de esto, pero me sorprendió que la fuerza de fricción también actúe sobre otros objetos. Estoy confundido después de la parte "Esta fuerza normal tiene un componente horizontal que actúa hacia la derecha. La cinética ... tiene un componente que actúa hacia la izquierda. ¿Estás seguro de que no has cambiado las direcciones de estas? Traté de encontrar componentes horizontales de estas fuerzas, pero no coinciden con la que está debajo de la imagen. Para el componente gravitatorio horizontal, obtuve $F_{gx}=-sin(\alpha)cos(\alpha)mg$ , pero para la fricción horizontal obtuve $F_{rx} = \mu mg$ , como se puede ver aquí - i.imgur.com/stVnVZN.png

Bob D. · Answer 2

Caso 1- ¿Cómo afecta la fricción al carro y dónde está la masa del objeto ( $m_1$ )?

Es la fuerza de rozamiento que $m_1$ ejerce sobre $m_2$ que es responsable de la aceleración horizontal de $m_2$ ya que no hay fuerzas horizontales actuando sobre $m_2$ aparte de la fuerza de rozamiento entre $m_1$ y $m_2$ , suponiendo que no hay fricción entre el carro y el suelo. Puede ver esto en el siguiente diagrama de cuerpo libre para $m_2$ . Además, la masa del objeto $m_1$ se incluye en el cálculo de la fuerza de fricción que la masa $m_1$ ejerce sobre $m_2$ . Se ofrece la siguiente explicación adicional y el siguiente diagrama:

Para poder $m_1$ ponerse $m_2$ , la fuerza aplicada $F$ debe exceder la fuerza de fricción estática máxima, o

F > m_{s} {metro}_{1} gramo

$F>μ_{s}m_{1}g$

dónde $μ_{s}$ es el coeficiente de fricción estática y $m_{1}g$ es la fuerza hacia abajo de $m_1$ en $m_2$ debido a la gravedad que es igual y opuesta a la fuerza hacia arriba ejercida por $m_2$ en $m_1$ .

Una vez que ocurre el movimiento relativo, es la fricción cinética (deslizante) la que se opone al movimiento relativo y es igual a

F_{F r i C t i o norte} = m_{k} {metro}_{1} gramo

$F_{friction}=μ_{k}m_{1}g$

dónde $μ_{k}$ es el coeficiente de fricción cinética (deslizante). En general, $μ_{k}<μ_{s}$ .

La fuerza de fricción cinética actúa hacia atrás sobre $m_1$ y adelante en $m_2$ .

Del siguiente diagrama de cuerpo libre para $m_2$ vemos que la única fuerza que actúa sobre él, suponiendo que no haya fricción entre el carro y el suelo, es la fuerza de fricción que $m_1$ ejerce sobre $m_2$ . Por lo tanto la aceleración $a_2$ de $m_2$ es

a_{2} = \frac{F_{F r i C t i o norte}}{{metro}_{2}} = \frac{m_{k} {metro}_{1} gramo}{{metro}_{2}}

$a_{2}=\frac {F_{friction}}{m_{2}}=\frac{μ_{k}m_{1}g}{m_2}$

Entonces deberías ver en el diagrama de cuerpo libre en $m_2$ debajo de eso, es solo la fuerza de fricción la responsable de acelerar $m_2$ y masa $m_1$ se tiene en cuenta porque su peso se apoya sobre $m_2$ es la fuente de la fuerza de fricción sobre $m_2$ .

Caso 1- ¿Por qué se considera la segunda fuerza (gravitacional) en este ejemplo pero no en el anterior (el primer ejemplo considera solo la fricción pero no la fuerza $F$ ).

La respuesta a la pregunta anterior debe responder a esto. Como ya se discutió anteriormente, la gravedad se consideró en el caso 1 porque contribuye a la fuerza de fricción en $m_2$ . Solo tienes que sustituir $F_{friction}=μm_{1}g$ dónde $g$ es la aceleración de la gravedad. Pero la fuerza hacia abajo de la gravedad en el primer caso no tiene nada que ver con la fuerza $F$ aplicado horizontalmente a $m_1$ . En el segundo caso, la fuerza $F$ así como la fuerza de rozamiento, son funciones de la fuerza gravitatoria.

Espero que esto ayude.

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usuario3711671

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RW pájaro

usuario3711671

RW pájaro

Bob D.

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