Calculadora de fuerza y coeficiente de fricción

¿Cómo se calcula la fuerza de fricción?

Cuando dos superficies se presionan entre sí, la fuerza que se opone al deslizamiento es proporcional a la fuerza normal: F = μ × N. Aquí μ es el coeficiente de fricción, también llamado coeficiente de rozamiento, y N es la fuerza perpendicular a la superficie. Para un objeto en reposo sobre una superficie horizontal, N = m × g. En una pendiente, N = m × g × cos θ.

Fricción estática y cinética

Iniciar el movimiento de un objeto cuesta más que mantenerlo deslizando, por lo que hay dos coeficientes: estático (μ_s) y cinético (μ_k). Mientras el objeto está en reposo, la fricción estática iguala la fuerza aplicada hasta un máximo de μ_s × N. Una vez iniciado el deslizamiento, la fuerza baja a μ_k × N.

¿Cómo se mide el coeficiente?

Hay dos formas sencillas. Arrastra el objeto por una superficie horizontal con un dinamómetro: μ = F / N. O inclina lentamente la superficie. El ángulo al que el objeto empieza a deslizar da el coeficiente estático: μ_s = tan θ.

Ejemplo

Una caja de 50 kg reposa sobre un suelo horizontal con un coeficiente de 0,3. La fuerza normal es 50 × 9,80665 = 490,3 N y la fuerza de fricción es 0,3 × 490,3 = 147,1 N. En una rampa de 30 grados, la fuerza normal se reduce por cos 30°.

Límites

El coeficiente corresponde a la pareja de superficies, no a un solo material, y puede variar varias veces según la limpieza, la rugosidad, el aceite y la humedad. Los valores de la lista son cifras aproximadas de un libro de texto. Para frenos, embragues, uniones sujetas por apriete y trabajos similares, usa datos del fabricante o una medición.

Obtener el coeficiente con fuerzas medidas

En una medición de ejemplo, toma una fuerza normal de 300 N y una fuerza medida durante el deslizamiento de 90 N. La pestaña para hallar el coeficiente da μ = 90 / 300 = 0,3. Si se mantienen las mismas superficies y tipo de fricción, una fuerza normal de 500 N da F = 0,3 × 500 = 150 N. El coeficiente no procede de una tabla de materiales, sino de la relación entre fuerzas del ejemplo. En una medición real, indica si usas el máximo al iniciar el movimiento o la fuerza durante el deslizamiento.

La fuerza de tracción medida debe ser paralela a la superficie. Una tracción oblicua puede modificar la fuerza normal. No traslades el coeficiente directamente a otra lubricación, velocidad o estado superficial. Registra las condiciones junto al resultado. Este modelo de deslizamiento no determina por sí solo resistencia a la rodadura ni calentamiento de un freno.