Fricción en ausencia de reacción normal (en el contexto de la imagen macroscópica)

Tome dos planos no lisos ( m ≠ 0 ) superficies y frótelas entre sí. Sientes la fricción a medida que trabajas para desplazarlos entre sí.

Generalmente pensamos que la fricción se origina debido al movimiento relativo de las superficies en contacto. Pero creo que pasamos por alto este punto importante de que incluso antes del movimiento relativo debemos verificar la existencia de alguna reacción normal mutua (sin embargo, esto no tiene nada que ver con el hecho de que F <= m norte que es solo un límite superior y, por lo tanto, uno podría tomar erróneamente la aparición de N en la ecuación como una correlación directa).

Entonces, la pregunta es: ¿ puede la fuerza de fricción actuar en ausencia de una reacción normal, dado que existe un movimiento relativo (por ejemplo, el deslizamiento de superficies entre sí en el espacio libre de gravedad)?

| F → | = m k | norte → | , entonces, ¿no es esencial una fuerza normal? ¿Me estoy perdiendo el punto de tu pregunta?
Lo que estoy preguntando es si la fricción puede ocurrir sin ninguna reacción normal. Mi idea parece sugerir que no. Puedo proporcionar un ejemplo si lo desea.
Sin fuerza normal, sin fricción. Si tiene una situación especial que le gustaría discutir, edite su publicación original y agréguela.
Oh... ¿estás equiparando la fuerza normal con la fuerza que se opone a la gravedad cuando, digamos, hay un libro sobre una mesa? "Normal" es un sinónimo matemático de "perpendicular". Tiene que ver con la geometría de la situación, no con la fuente de la fuerza. Cualquier fuerza perpendicular puede producir una fuerza normal.

Respuestas (3)

La fricción es un proceso adhesivo. La fricción no es causada por la carga, lo que hace la carga es aplanar las asperezas en las superficies y aumentar el área donde puede tener lugar la adhesión. Para una discusión de esto, vea ¿Cómo depende la fuerza de fricción de la reacción normal? .

Por lo tanto, puede tener fricción sin una carga normal si las superficies ya son lo suficientemente suaves como para que existan grandes áreas de contacto. Un ejemplo de esto es la soldadura en frío .

¿Estás sugiriendo que la fricción podría surgir como resultado de la fuerza normal (Fn) entre los dos objetos que interactúan?

Si es así, las Fuerzas Normales actúan solo perpendicularmente a la superficie de un objeto (opuestas a la fuerza de la Gravedad. La Fuerza Normal sirve básicamente para evitar que los objetos sólidos se muevan uno al lado del otro.

La fricción implica algún movimiento horizontal (paralelo a la superficie), por lo tanto, si se aplica una fuerza entre las dos hojas de papel en su pregunta, habría una componente perpendicular a la superficie, Fn, y una paralela, Ff, que es la fricción.

Tenga en cuenta que una fuerza normal no se define por ser "opuesta a la fuerza de gravedad". La fuerza normal no necesita gravedad en absoluto.
@garyp Por supuesto, pero como la pregunta se planteó, supuestamente, dentro del campo gravitatorio de la Tierra, me referí a Fn como tal. :) Definitivamente puedes tener Fn sin Fg. Cada vez que los objetos entran en contacto entre sí, debe haber una Fn. Supongo que estoy acostumbrado a resolver problemas de física en los que tienes una caja en el suelo/un avión, etc.
Lo siento, si no pude comunicar mi pregunta correctamente. Soy totalmente consciente de las cosas que mencionas. Mi punto singular es que la fricción (una fuerza horizontal relativa a las superficies de contacto) depende de la reacción normal (perpendicular a la superficie) incluso cuando no se alcanza el límite estático.
El OP puso su experimento en "espacio libre de gravedad", por lo que creo que mencionar la gravedad solo confunde el problema. Aparte de ese pequeño punto, su respuesta es correcta.
Ah, no había visto la edición que mencionaba el espacio libre de gravedad hasta después de mi publicación. Entonces, si sus preguntas son tales y NO hay fuerza normal presente, entonces los objetos no están en contacto entre sí y no pueden tener ninguna fuerza de fricción.

Las fuerzas de fricción macroscópicas dependen de dos tipos de física microscópica.

  • Fuerzas de largo alcance entre interfaces. Dos superficies que no están en contacto físico ejercen entre sí fuerzas de largo alcance. Estas fuerzas se deben a la interacción de las moléculas en las últimas capas, cerca de la superficie del material. Pueden ser enlaces de hidrógeno, fuerzas de Van der Wall o exclusión de Pauli en la naturaleza. En este artículo se puede leer que el coeficiente de fricción cambia en dos órdenes de magnitud dependiendo de la ausencia o presencia de moléculas de hidrógeno en la superficie. Las fuerzas intermoleculares verticales se suman a la fuerza de adhesión macroscópica, mientras que las laterales se suman a las fuerzas de fricción.

  • La fuerza de fricción de Coulomb es de naturaleza diferente. La fuerza de fricción de Coulomb es la fuerza necesaria para arrancar el material. es proporcional a S C o norte t a C t , el área física de contacto entre las dos superficies que es mucho más pequeña que la superficie macroscópica.

    F C o tu yo o metro b = τ C   S C o norte t a C t

donde τ C es el esfuerzo de fluencia durante el corte. Uno puede probar que:

S C o norte t a C t = F norte σ C

σ C es la dureza de penetración, es decir, la mayor tensión que puede soportar el material antes de la fluencia plástica. Combinando estas dos relaciones obtenemos:

F C o tu yo o metro b = τ C σ C   F norte

En inglés simple:

Cuanto más empujas hacia abajo, más grande F norte ↗ .

El mas largo F norte , cuanto mayor sea la superficie de contacto ( S C o norte t a C t ↗ ).

El mas largo S C o norte t a C t , más material para arrancar.

Cuanto más material se desprenda, mayor será la fuerza F C o tu yo o metro b .

La fuerza de fricción de Coulomb es la fuerza máxima a aplicar antes de que aparezca el desgarro. El modelo es muy tosco pero capta la mayor parte de la física. Las fuerzas de largo alcance y la fuerza de Coulomb siempre están presentes, las primeras dominan el caso estático, la última el cinético. Su importancia relativa varía con las condiciones, por eso no es raro que haya grandes desviaciones de la fuerza de Coulomb. La tribología es la rama de la ciencia dedicada al estudio de la fuerza de fricción. Puedes hacerte una buena idea del campo con estos dos libros:

Contacto Mecánica y fricción Principios físicos y aplicaciones -Valentin L. Popov.

Principios físicos y aplicaciones de fricción deslizante

Fricción en ausencia de reacción normal (en el contexto de la imagen macroscópica)
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