FÍSICA · MOVIMIENTO Y FUERZAS
La fricción frena una caja que desliza, permite impulsarse al caminar y calienta las manos al frotarlas. Estos ejemplos muestran cuándo actúa, hacia dónde apunta y cómo calcularla sin confundir su valor con su máximo.
Entre superficies sólidas, la fricción tangencial se opone al deslizamiento relativo o a su tendencia. Puede frenar un objeto, mantenerlo quieto o contribuir a acelerarlo.
Primero identifica qué superficies están en contacto y si resbalan una respecto de la otra.
EJEMPLO 01
Imagina el mismo objeto deslizándose con igual rapidez inicial sobre dos superficies horizontales. Si el rozamiento es menor en el hielo, recorre más distancia antes de parar.
Resultado: Con menor rozamiento, tarda más en detenerse
Condiciones: Se compara deslizamiento, no rodadura. El resultado depende de las superficies y su estado; no basta con dar dos lanzamientos de distinta intensidad.
EJEMPLO 02
Cuando una palma resbala sobre la otra, el rozamiento se opone a ese deslizamiento. Parte del trabajo muscular acaba calentando la piel.
Resultado: El trabajo de rozamiento aumenta su energía interna
Condiciones: El calentamiento requiere aporte de energía y depende de las pérdidas al entorno. La energía no aparece de la nada al superar un umbral de fuerza.
EJEMPLO 03
Una película de agua puede facilitar el deslizamiento de ciertos pares de superficies. Si reduce la resistencia, un objeto que parte con la misma rapidez puede llegar más lejos.
Resultado: El agua puede modificar el rozamiento; no hay una regla universal
Condiciones: Influyen el material, la rugosidad, la cantidad de agua y la velocidad. No debe afirmarse que todo plástico mojado siempre ofrece menor fricción.
EJEMPLO 04
Los contactos entre piezas móviles pueden transformar energía mecánica en energía interna y causar desgaste. La lubricación limita esas pérdidas. Sin embargo, el calentamiento de un motor de combustión no se explica principalmente por el roce de los pistones.
Resultado: Hay pérdidas por fricción, pero la combustión aporta la energía
Condiciones: La combustión eleva la temperatura de los gases y transfiere energía a las piezas. No se asigna un porcentaje fijo: depende del motor y del régimen de trabajo.
EJEMPLO 05
Al pasar la cabeza de una cerilla por su banda preparada, la fricción y el contacto entre los materiales favorecen el inicio del encendido. La llama posterior se mantiene por reacciones químicas.
Resultado: El roce ayuda a iniciar una reacción química
Condiciones: La banda contiene material reactivo, incluido fósforo rojo: no es una simple lija. El calor de la llama no procede solo del breve rozamiento inicial.
EJEMPLO 06
En ciertos métodos tradicionales, el trabajo mecánico calienta partículas de madera en la zona de contacto. Si se dan las condiciones de ignición, puede formarse una brasa que inicie la combustión.
Resultado: El calentamiento localizado puede originar una brasa
Condiciones: Depende de la madera, su humedad y la pérdida de calor. Frotar dos trozos cualesquiera no garantiza una llama ni enciende automáticamente hojas cercanas.
EJEMPLO 07
Durante la fase de impulso, el pie empuja el suelo hacia atrás y el suelo ejerce una fuerza de fricción hacia delante sobre el pie. Ese contacto contribuye a acelerar el cuerpo.
Resultado: El suelo puede ejercer fricción hacia delante
Condiciones: Se describe el impulso sin resbalamiento. Es fricción estática porque el punto de apoyo no desliza respecto del suelo; su dirección cambia según la fase del paso.
EJEMPLO 08
El motor aplica un par a la rueda. El contacto tendería a deslizar hacia atrás; el suelo ejerce sobre esa rueda motriz una fuerza hacia delante.
Resultado: El agarre se debe a fricción estática
Condiciones: Rodadura sin deslizamiento sobre suelo horizontal, con agarre suficiente. El centro de la rueda se mueve aunque su punto de contacto no resbale.
EJEMPLO 09
Las pastillas presionan un disco que gira. El rozamiento ejerce un par que se opone a esa rotación y transforma parte de la energía mecánica en energía interna.
Resultado: Hay rozamiento de deslizamiento entre pastilla y disco
Condiciones: No confundir este contacto con el del neumático y la carretera: al frenar sin patinar, este último puede seguir siendo estático.
EJEMPLO 10
Si la caja acompaña a una cinta horizontal sin resbalar, una fuerza de fricción estática proporciona su aceleración horizontal. Sobre la caja, la fuerza apunta en el sentido de esa aceleración.
Resultado: La fricción puede acelerar la caja
Condiciones: La fricción necesaria no debe superar su máximo. Si ambas avanzan a velocidad constante y no hay otras fuerzas horizontales, puede ser cero.
Datos propuestos para practicar. Los coeficientes son valores del enunciado, no una tabla de materiales. Usa g = 9,8 m/s² cuando aparezca el peso.
EJEMPLO 11
Una caja de 10 kg está en reposo sobre suelo horizontal. La empujas con 20 N horizontales. Usa μs = 0,50 y g = 9,8 m/s².
N = mg = 10 × 9,8 = 98 N
fs,max = μs N = 0,50 × 98 = 49 N
Como 20 N < 49 N, el rozamiento equilibra el empuje: fs = 20 N.
Resultado: fs = 20 N; máximo disponible: 49 N
Condiciones: No hay otras fuerzas horizontales o verticales. 49 N es el límite de fricción estática, no su valor obligatorio en reposo.
EJEMPLO 12
Ahora empuja la misma caja de 10 kg con 60 N horizontales. Mantén μs = 0,50 y usa μk = 0,30.
El máximo estático es 49 N y el empuje de 60 N lo supera.
Al deslizar: fk = 0,30 × 98 = 29,4 N
Fneta = 60 − 29,4 = 30,6 N
a = 30,6/10 = 3,06 m/s² en el sentido del empuje.
Resultado: fk = 29,4 N; a = 3,06 m/s²
Condiciones: Modelo de rozamiento seco con coeficientes constantes. La aceleración indicada corresponde a la fase de deslizamiento.
EJEMPLO 13
Una caja de 5 kg ya desliza sobre suelo horizontal con μk = 0,20. ¿Qué fuerza horizontal mantiene constante su velocidad? Usa g = 9,8 m/s².
N = 5 × 9,8 = 49 N
fk = 0,20 × 49 = 9,8 N
Para a = 0: F − fk = 0, de modo que F = 9,8 N.
Resultado: La fuerza horizontal necesaria es 9,8 N
Condiciones: No se calcula el empuje para arrancar desde reposo. Movimiento rectilíneo, sin otras fuerzas horizontales ni resistencia del aire apreciable.
EJEMPLO 14
Una caja de 4 kg desliza inicialmente a 7 m/s por suelo horizontal. Ya no la empujan. Usa μk = 0,25 y g = 9,8 m/s².
fk = 0,25 × 4 × 9,8 = 9,8 N
Con el sentido inicial positivo: a = −9,8/4 = −2,45 m/s².
0 = 7² + 2 × (−2,45) × d; d = 49/4,9 = 10 m.
Comprobación por energía: W = −9,8 × 10 = −98 J; energía cinética inicial = ½ × 4 × 7² = 98 J.
Resultado: Se detiene en 10 m; trabajo del roce: −98 J
Condiciones: Suelo fijo, horizontal y uniforme. Se aplica hasta detenerse: la caja no comienza a moverse hacia atrás por prolongar la fórmula.
EJEMPLO 15
Una caja de 2 kg reposa en una rampa de 30° respecto de la horizontal. Usa μs = 0,70 y g = 9,8 m/s².
Componente del peso cuesta abajo: mg sen 30° = 19,6 × 0,5 = 9,8 N.
Normal: N = mg cos 30° ≈ 16,97 N.
Máximo: fs,max = 0,70 × 16,97 ≈ 11,88 N.
Como 9,8 N < 11,88 N, la fricción estática equilibra la componente cuesta abajo.
Resultado: fs = 9,8 N cuesta arriba; la caja no desliza
Condiciones: Solo actúan peso, normal y rozamiento. El ángulo es moderado y no hay vuelco. La normal no es igual al peso total.
EJEMPLO 16
Una caja de 10 kg ya desliza hacia la derecha. Tira de ella con 50 N a 30° por encima de la horizontal. Usa μk = 0,20 y g = 9,8 m/s².
Componente vertical de la tensión: Fy = 50 sen 30° = 25 N.
Sin aceleración vertical: N = 98 − 25 = 73 N.
fk = 0,20 × 73 = 14,6 N hacia la izquierda.
Componente horizontal: Fx = 50 cos 30° ≈ 43,30 N.
a = (43,30 − 14,6)/10 ≈ 2,87 m/s² hacia la derecha.
Resultado: N = 73 N; fk = 14,6 N; a ≈ 2,87 m/s²
Condiciones: La caja mantiene el contacto con el suelo y no vuelca. La cuerda reduce la normal; usar N = mg daría un rozamiento incorrecto.
Estas relaciones son aproximaciones de rozamiento seco. En muchos pares de materiales, el máximo estático supera al cinético, pero no es una ley universal. La rugosidad por sí sola no permite ordenar todos los materiales.
La resistencia de líquidos y gases depende también de la velocidad, la forma y el régimen del flujo; no se calcula en general con μN. Tampoco hay que confundir deslizamiento con resistencia a la rodadura, donde pueden importar las deformaciones.
Al deslizar una caja por un suelo fijo, el rozamiento puede hacer trabajo negativo sobre ella. Si la fuerza es constante y opuesta al desplazamiento, W = −fd. En el ejemplo 14, sus 98 J iniciales de energía cinética se transforman principalmente en energía interna de la caja y el suelo.
Esto no significa que toda fricción haga siempre trabajo negativo. Una cinta que acelera puede transferir energía a una caja mediante fricción estática. Por otra parte, una caja quieta no se calienta continuamente solo porque una fuerza de rozamiento equilibre un empuje.
El contacto transmite fuerzas de igual módulo y sentidos opuestos a los dos cuerpos. Para estudiar la caja, dibuja las fuerzas sobre la caja; no sumes además la fuerza que ella ejerce sobre el suelo.
CONTRASTE 01
Una caja descansa sobre una mesa horizontal. Si ninguna otra fuerza intenta hacerla deslizar, no necesita una fuerza de rozamiento horizontal para mantenerse en equilibrio.
Resultado: La fricción estática puede valer cero
Condiciones: Hay contacto y normal, pero eso no obliga a que fs = μs N. En estas condiciones fs = 0.
CONTRASTE 02
En un modelo ideal, una rueda rígida sobre un suelo horizontal rígido puede rodar sin deslizar a velocidad constante sin fuerza tangencial en el contacto.
Resultado: Rodar no exige una fuerza de fricción no nula
Condiciones: Sin par aplicado, resistencia del aire ni pérdidas por deformación. Las ruedas reales pueden tener resistencia a la rodadura; no se calcula automáticamente como μk N.
Selección y desarrollo: Editorial Ejemplode. Revisión: 7 de octubre de 2026.