Page 99 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

80 Capítulo 4 Equilibrio traslacional y fricción

(a) (b)
Figura 4.1 2 (a) En fricción estática el movimiento es inminente, (b) En ficción cinética las dos superficies
están en movimiento relativo. (Foto de Hemerci, Inc.)

Tensión en
la cuerda
) k
/
n

t T
W' w
'i
Peso total
(b) (c)
Figura 4.13 Experimento para determinar la fuerza de fricción.

Suponga que se ejerce una fuerza sobre un baúl, como se muestra en la figura 4.12. Al
principio el bloque no se mueve debido a la acción de una fuerza llamada fuerza de fricción
estática (fj, pero a medida que aumenta la fuerza aplicada llega el momento en que el bloque
se mueve. La fuerza de fricción ejercida por la superficie horizontal mientras se mueve el
bloque se denomina fuerza de fricción cinética (f ).
Las leyes que rigen a las fuerzas de fricción se determinan experimentalmente en el labo­
ratorio utilizando un aparato similar al que se ilustra en la figura 4.13a. Considere una caja de
peso W colocada sobre una mesa horizontal y atada con una cuerda que pasa por una polea,
ligera y sin fricción; además, en el otro extremo de la cuerda se cuelgan varias pesas. Todas
las fuerzas que actúan sobre la caja y las pesas se presentan en sus diagramas de cuerpo libre
correspondientes (figura 4.13b y c).
Consideremos que el sistema está en equilibrio, lo que implica que la caja esté en reposo
o se mueva con velocidad constante; en cualquier caso se puede aplicar la primera condición
de equilibrio. Analice el diagrama de fuerzas como se muestra en la figura 4.13c.

X Fx = 0: f - T = 0 f = T

1 ^ = 0: n - w = o n = w
Por tanto, la fuerza de fricción es de igual magnitud que la tensión en la cuerda y la fuerza
normal ejercida por la mesa sobre la caja es igual al peso de esta última. Observe que la ten­
sión en la cuerda se determina por el peso de las pesas sumado al peso de su soporte.
Suponga que empezamos colocando poco a poco pesas en el soporte para aumentar gra­
dualmente la tensión de la cuerda. Al incrementar la tensión, la fuerza de fricción estática, que
es de igual magnitud pero de dirección opuesta, también aumenta. Si T aumenta lo suficiente,
la caja empieza a moverse, lo que significa que T ha sobrepasado la máxima fuerza de fric­
ción estática f . . Por ello, aunque la fuerza de fricción estática f cambiará de acuerdo con
J s,max 7 1 J s
los valores de la tensión de la cuerda, existe un valor máximo único f . .
Para continuar el experimento, suponga que agregamos pesas a la caja, con lo que au­
J s,max
mentaría la fuerza normal {Tí) entre la caja y la mesa. La fuerza normal ahora será
TI + W + pesas añadidas