Problemas resueltos en las leyes del movimiento de Newton : fuerza de fricción estática y cinética.
1. Un objeto descansa sobre un suelo horizontal. El coeficiente de fricción estática es 0.4 y la aceleración de la gravedad es 9.8 m/s² . Determine (a) La fuerza máxima de fricción estática (b) La fuerza mínima de F
Solución
Conocido :
Masa (m) = 1 kg
El coeficiente de fricción estática (μ s ) = 0.4
La aceleración de la gravedad (g) = 9.8 m/ s²
Peso (w) = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg m/s² = 10 Newtons
Fuerza normal (N) = w = 10 Newtons
Buscado :
(a) La fuerza máxima de la fricción estática (b) La fuerza mínima de F
solución:
(a) La fuerza máxima de la fricción estática
f s = μ s N
f s = (0.4)(9.8 N) = 3.92 Newtons
(b) La fuerza mínima de F
Si se ejerce una fuerza F sobre el objeto, pero este no se mueve, entonces existe una fuerza de fricción estática ejercida por el suelo sobre él. Si el objeto comienza a moverse, la fuerza de fricción estática se ve superada, por lo que debe existir una fuerza de fricción cinética. El objeto comienza a moverse si F es mayor que la fuerza máxima de fricción estática.
Por lo tanto, la fuerza mínima de F = fuerza máxima de la fricción estática = 3.92 Newtons.
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2. Una caja de 1 kg es arrastrada a lo largo de una superficie horizontal por una fuerza F, de modo que la caja se mueve a velocidad constante. Si el coeficiente de fricción cinética es 0.1, determine la magnitud de la fuerza F. (g = 9.8 m/ s² )
Conocido :
El coeficiente de fricción cinética ( μk ) = 0.1
Masa de la caja (m) = 1 kg
Aceleración de la gravedad (g) = 9.8 m/ s²
Peso (w) = mg = (1 kg)(9.8 m/s² ) = 9.8 kg m/s² = 9.8 Newtons
Fuerza normal (N) = w = 9.8 Newtons
Se busca : F
solución:
La primera ley de Newton establece que si no actúa ninguna fuerza neta sobre un objeto, este permanece en estado de reposo o con velocidad constante en línea recta.
Por lo tanto, si el objeto se mueve a velocidad constante , no debe haber fuerza neta ( Σ F = 0) . La fuerza F se ejerce sobre el objeto en la dirección correcta, de modo que la fuerza de fricción cinética se ejerce sobre el objeto en la dirección izquierda.
∑ F = 0
F – f k = 0
F = f k
La fuerza de la fricción cinética:
f k = μ k N = (0.1)(9.8 N) = 0.98 Newtons
El objeto se mueve con velocidad constante, F = f k = 0.98 Newtons
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3. Un objeto se desliza por un plano inclinado con velocidad constante. Determine el coeficiente de fricción cinética ( μk ) . g = 9.8 m/ s²
Solución
w = peso, w x = componente horizontal del peso, apunta a lo largo de la pendiente, w y = componente vertical del peso, perpendicular al plano inclinado, N = fuerza normal, f k = la fuerza de fricción cinética.
Conocido :
Masa (m) = 1 kg
Aceleración de la gravedad (g) = 9.8 m/ s²
peso (w) = mg = (1 kg)(9.8 m/s² ) = 9.8 kg m/s² = 9.8 Newtons
w x = w sen 30 o = (9.8 N)(0.5) = 4.9 Newtons
w y = w cos 30 o = (9.8 N)(0.5) √ 3 = 4.9 √ 3 Newtons
Fuerza normal (N) = w y = 4.9 √ 3 Newtons
Se busca : coeficiente de fricción cinética ( μk )
solución:
El objeto se desliza por un plano inclinado con velocidad constante de manera que la fuerza neta sea igual a 0.
∑ F = 0
w x – f k = 0
w x = f k
w x = μ k N
5 = μ k ( 5 √ 3 )
μ k = 5 / 5 √ 3
μ k = 1 / √ 3
μ k = 0.58
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- Masa y peso
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- Segunda ley del movimiento de Newton
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