Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Fricción estática y cinética


La fricción es un concepto importante en física que se opone al movimiento de los objetos. Al hablar de fricción en dinámica y mecánica, principalmente hablamos de dos tipos: fricción estática y fricción cinética. Estas fuerzas juegan un papel importante en la vida cotidiana y en varios sistemas mecánicos.

¿Qué es la fricción?

La fricción es la resistencia que una superficie u objeto experimenta al moverse sobre otro. Actúa en la dirección opuesta al movimiento, lo que la convierte en una fuerza que se opone al movimiento. La fricción es la razón por la que los autos se detienen cuando aplicamos los frenos, podemos caminar sin resbalarnos y los objetos finalmente se detienen.

¿Cómo se produce la fricción?

La fricción surge debido a la rugosidad microscópica de las superficies. Incluso las superficies que parecen lisas son rugosas a nivel microscópico. Cuando dos superficies entran en contacto, sus irregularidades se frotan entre sí, causando resistencia al movimiento.

Representación visual de la fricción

Superficie 1 Superficie 2 bloque Fuerza

Fricción estática

La fricción estática es la fricción que existe entre un objeto estacionario y la superficie sobre la que descansa. Este tipo de fricción debe ser superado para que un objeto comience a moverse. Ajusta su magnitud para igualar la fuerza aplicada hasta un cierto límite, conocido como la fricción estática máxima.

Características de la fricción estática

  • La fricción estática impide el inicio del movimiento.
  • Es igual y opuesta a la fuerza aplicada, hasta el punto en que comienza el movimiento.
  • La fricción estática máxima se da por la siguiente expresión: 
    f_s ≤ μ_s N
    donde f_s es la fricción estática, μ_s es el coeficiente de fricción estática, y N es la fuerza normal.

Ejemplo de fricción estática

Considere una caja colocada sobre una superficie plana. Si empuja la caja suavemente, no se mueve. La fricción estática está equilibrando la fuerza aplicada. A medida que aplica más fuerza, la fricción estática aumenta hasta cierto límite. Una vez que se cruza la fricción estática máxima, la caja comienza a moverse.

Fricción cinética

La fricción cinética, también llamada fricción de deslizamiento, ocurre cuando un objeto está en movimiento. Usualmente es menor que la fricción estática máxima y permanece relativamente constante para diferentes velocidades de movimiento.

Características de la fricción cinética

  • La fricción cinética actúa sobre objetos en movimiento.
  • Usualmente es más débil que la fricción estática.
  • La fricción cinética se da por la fórmula: 
    f_k = μ_k N
    donde f_k es la fricción cinética, μ_k es el coeficiente de fricción cinética, y N es la fuerza normal.

Ejemplo de fricción cinética

Si la caja que empujó anteriormente comienza a deslizarse, la fricción que actúa sobre ella es ahora fricción cinética. A menos que haya un cambio significativo en el peso de la caja o la superficie, permanecerá constante mientras la caja continúe moviéndose.

Comparación entre fricción estática y cinética

fricción estática fricción cinética

En la ilustración anterior:

  • La curva azul indica un aumento de la fricción estática hasta el punto máximo.
  • La línea roja representa la fricción cinética estática después de la velocidad inicial.

Implicaciones de la fricción en la vida real

La fricción tiene un impacto tremendo en la vida cotidiana y la tecnología. Aquí hay algunas aplicaciones e implicaciones de la fricción:

Aplicaciones de la fricción

  • Caminar: Caminar sería imposible sin la fricción entre nuestros zapatos y el suelo.
  • Conducir: Los autos se mueven y se detienen eficazmente debido a la fricción entre los neumáticos del automóvil y la superficie de la carretera.
  • Escalar: La fricción permite a los escaladores agarrarse a las superficies y subir por ellas.

Desafíos que plantea la fricción

  • Desgaste: La fricción constante causa desgaste en las partes mecánicas, lo que requiere mantenimiento y reparaciones.
  • Pérdidas de energía: La fricción convierte la energía cinética en calor, causando ineficiencia energética en motores y máquinas.

Factores que afectan la fricción

Varios factores determinan la magnitud de la fricción entre dos superficies:

Textura de la superficie

  • Las superficies rugosas tienen mayor fricción, ya que tienen más irregularidades que se adhieren entre sí.
  • Las superficies lisas tienen menos fricción porque hay menos contacto a nivel microscópico.

Fuerza normal

La fuerza con la que las superficies se presionan entre sí afecta la fricción. Un aumento en la fuerza normal generalmente resulta en un aumento de fricción.

Tipo de material

Diferentes materiales tienen diferentes resistencias inherentes al deslizamiento entre sí, descritas por el coeficiente de fricción.

Cómo reducir la fricción

A veces es deseable reducir la fricción. Aquí hay algunas formas de lograrlo:

Lubricación

Aplicar una sustancia como aceite o grasa entre las superficies reduce el contacto directo, reduciendo así la fricción.

Alisar las superficies

Pulir o recubrir las superficies puede reducir las irregularidades, reduciendo así la fricción.

Uso de rodillos o rodamientos de bolas

La fricción se reduce considerablemente al reemplazar el movimiento de deslizamiento con movimiento de rodado. Por esta razón, los rodamientos de rodillos se usan extensamente en maquinaria.

Conclusión

Comprender la fricción estática y cinética es vital para dominar la dinámica en la física. Nos ayuda a entender cómo los objetos interactúan con las superficies y cuáles son las fuerzas involucradas en prevenir o permitir el movimiento. Dominar estos conceptos ayuda a controlar y optimizar la fricción en escenarios prácticos, desde el diseño de máquinas eficientes hasta garantizar la seguridad en el transporte. Al explorar las complejidades de la fricción, se obtiene una comprensión más profunda de las fuerzas que gobiernan el movimiento en el mundo físico, lo que conduce a avances en la tecnología y mejoras en la vida diaria.


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Fricción estática y cinética

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