Fricción
La fricción es una fuerza que resiste el deslizamiento o rodamiento de una superficie sobre otra y siempre actúa en dirección opuesta al movimiento.
Definition
La fricción es una fuerza que empuja en contra de las cosas cuando se frotan entre sí; frena los objetos en movimiento y dificulta deslizar una cosa sobre otra. Es una fuerza de contacto que se opone al movimiento relativo, o al intento de movimiento, de superficies en contacto: la fricción estática impide que un objeto empiece a moverse, la fricción cinética (de deslizamiento) actúa sobre un objeto en movimiento, y ambas dependen de los tipos de superficies y de qué tan fuerte se presionan entre sí, convirtiendo energía cinética en energía térmica. La fricción cinética tiene magnitud $f_k = \mu_k N$, donde $N$ es la fuerza normal y $\mu_k$ es el coeficiente de fricción cinética para el par de superficies, mientras que la fricción estática se ajusta a lo que se necesite hasta un máximo, $f_s \leq \mu_s N$, con $\mu_s > \mu_k$ típicamente. La fricción es independiente del área de contacto en una buena aproximación y surge de interacciones electromagnéticas entre las irregularidades de las superficies. Es no conservativa: el trabajo que realiza depende de la longitud del camino y se disipa como calor.
Example
Deslizarse por el piso de un gimnasio en calcetines es fácil, mientras que deslizarse con tenis es difícil, porque los zapatos de goma tienen más fricción con el piso. Una caja de $4\ \text{kg}$ empujada con $20\ \text{N}$ que solo acelera a $2\ \text{m/s}^2$ tiene una fuerza neta de $4 \times 2 = 8\ \text{N}$, así que la fricción debe estar jalando en contra con $20 - 8 = 12\ \text{N}$. Para un cajón de $10\ \text{kg}$ sobre un piso con $\mu_s = 0.50$ y $\mu_k = 0.30$, la fuerza normal es $98\ \text{N}$, así que se necesita más de $0.50 \times 98 = 49\ \text{N}$ para empezar a moverlo. Una vez deslizándose, la fricción baja a $0.30 \times 98 = 29.4\ \text{N}$, y un empujón constante de $49\ \text{N}$ produce entonces $a = (49 - 29.4)/10 = 1.96\ \text{m/s}^2$.
Key Insight
La fricción ayuda más de lo que molesta; sin ella no podrías caminar, sostener un lápiz o detener una bicicleta. La fricción estática suele ser más fuerte que la fricción cinética, por eso se necesita un empujón más grande para poner en movimiento una caja pesada que para mantenerla deslizándose. Los frenos antibloqueo existen exactamente por esta razón. Una llanta que rueda se agarra al camino con fricción estática, mientras que una llanta que patina se desliza con una fricción cinética más débil, así que un auto que bloquea sus ruedas tarda más en detenerse.