En este post se explica qué es el coeficiente de fricción (o coeficiente de rozamiento) en física. Así pues, encontrarás cómo calcular el coeficiente de fricción, cuáles son los tipos de coeficientes de fricción y, además, ejercicios resueltos paso a paso.
Índice
¿Qué es el coeficiente de fricción?
El coeficiente de fricción, también llamado coeficiente de rozamiento, es un coeficiente que indica la fricción entre las superficies de dos cuerpos cuando se pretende mover uno sobre el otro.
Así pues, el coeficiente de fricción sirve para calcular la fuerza de fricción (o fuerza de rozamiento), que es la fuerza que dificulta el movimiento de un cuerpo sobre otro. De manera que cuanto mayor sea el coeficiente de fricción, significa que mayor será la fuerza de fricción.
El coeficiente de fricción es un coeficiente adimensional, es decir, no tiene unidades. Asimismo, se suele utilizar la letra griega μ como símbolo para representar el coeficiente de fricción.
Fórmula del coeficiente de fricción
El coeficiente de fricción es igual al cociente entre la fuerza de fricción (o fuerza de rozamiento) y la fuerza normal. Por lo tanto, el coeficiente de fricción se calcula dividiendo la fuerza de fricción por la fuerza normal.
Es decir, la fórmula del coeficiente de fricción es la siguiente:
Donde:
es el coeficiente de fricción, que no tiene unidades.
es la fuerza de rozamiento, expresada en newtons.
es la fuerza normal, expresada en newtons.
Ten presente que el coeficiente de fricción es un coeficiente que no tiene unidades porque se calcula dividiendo dos magnitudes que tienen las mismas unidades.
Coeficiente de fricción estático y dinámico
El valor de la fuerza de rozamiento depende de si el cuerpo está en reposo o en movimiento. Por ejemplo, seguro que alguna vez has intentado arrastrar un cuerpo muy pesado y que resultaba difícil moverlo al principio pero, una vez ya has conseguido mover un poco el cuerpo, resulta más fácil seguir arrastrando al objeto.
Esto se debe a que, en general, la fuerza de rozamiento cuando el cuerpo está parado es mayor que cuando el cuerpo está en movimiento. De modo que se distinguen dos tipos de fuerza de rozamiento:
- Fuerza de rozamiento estático: es la fuerza de rozamiento que actúa cuando el cuerpo aún no se está moviendo.
- Fuerza de rozamiento dinámico (o cinético): es la fuerza de rozamiento que actúa cuando el cuerpo ya ha iniciado el movimiento.
En consecuencia, también hay dos tipos de coeficiente de fricción:
- Coeficiente de fricción estático (μE): sirve para calcular la fuerza de rozamiento estático. Indica la fricción entre las superficies de dos cuerpos cuando aún no se ha iniciado el movimiento, es decir, cuando aún están en reposo.
- Coeficiente de fricción dinámico (μD): sirve para calcular la fuerza de rozamiento dinámico. Indica la fricción entre las superficies de dos cuerpos cuando uno ya se está deslizando sobre el otro.
Además, el valor de la fuerza de rozamiento varia tal y como se aprecia en el siguiente gráfico:
La fuerza de rozamiento estático es igual a la fuerza aplicada para intentar mover el cuerpo pero su sentido es contrario. Siendo su valor máximo el producto entre el coeficiente de rozamiento estático y la fuerza normal. Cuando la fuerza aplicada supere dicho valor, el cuerpo se empezará a mover.
De modo que cuando el cuerpo ya esté en movimiento, la fuerza de rozamiento dinámico tiene un valor constante equivalente al producto entre el coeficiente de rozamiento dinámico y la fuerza normal, independientemente del valor de la fuerza aplicada. Además, dicho valor es ligeramente inferior al valor máximo de la fuerza de rozamiento estático.
En conclusión, el coeficiente de fricción estático es mayor que el coeficiente de fricción dinámico. Por lo tanto, resulta más difícil empezar a mover un cuerpo que moverlo cuando ya se ha iniciado el movimiento.
Valores del coeficiente de fricción
En la siguiente tabla puedes ver algunos valores habituales del coeficiente de fricción estático y del coeficiente de fricción dinámico:
| Superficies en contacto | Coeficiente de fricción estático (μe) | Coeficiente de fricción dinámico (μd) |
|---|---|---|
| Cobre sobre acero | 0,53 | 0,36 |
| Acero sobre acero | 0,74 | 0,57 |
| Aluminio sobre acero | 0,61 | 0,47 |
| Caucho sobre cemento | 1 | 0,8 |
| Madera sobre madera | 0,25-0,5 | 0,2 |
| Madera sobre cuero | 0,5 | 0,4 |
| Teflón sobre teflón | 0,04 | 0,04 |
Ten en cuenta que estos valores pueden variar ya que dependen de muchos factores como la rugosidad de las superficies, la temperatura, la velocidad relativa entre las superficies, etc.
Ejercicios resueltos del coeficiente de fricción
Ejercicio 1
Se pretende mover un bloque de masa m=12 kg sobre una superficie plana y se empieza a mover justo cuando se aplica una fuerza de 35 N. ¿Cuál es el coeficiente de fricción estático entre el suelo y el bloque? Datos: g=10 m/s2.
En primer lugar, representamos gráficamente todas las fuerzas que actúan sobre el bloque:
En la situación límite de equilibrio, se cumplen las siguientes dos ecuaciones:
Así que la fuerza de rozamiento será equivalente a la fuerza horizontal aplicada sobre el cuerpo:
Por otro lado, podemos calcular el valor de la fuerza normal mediante la fórmula de la fuerza del peso:
![\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array}](https://www.ingenierizando.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-eae424af1e65553667a5e7be8b8829c1_l3.svg "Rendered by QuickLaTeX.com")
Por último, una vez ya conocemos el valor de la fuerza de fricción y de la fuerza normal, aplicamos la fórmula del coeficiente de fricción estático para determinar su valor:
Ejercicio 2
Colocamos un cuerpo de masa m=6 kg encima de un plano inclinado 45º. Si el cuerpo se desliza por el plano inclinado con una aceleración de 4 m/s2, ¿cuál es el coeficiente de fricción dinámico entre la superficie del plano inclinado y la del cuerpo? Datos: g=10 m/s2.
Lo primero que debemos hacer para resolver cualquier problema de física sobre dinámica es dibujar el diagrama de cuerpo libre. Así pues, todas las fuerzas que actúan en el sistema son las siguientes:
En la dirección del eje 1 (paralelo al plano inclinado) el cuerpo tiene una aceleración, en cambio, en la dirección del eje 2 (perpendicular al plano inclinado) el cuerpo está en reposo. A partir de esta información, planteamos las ecuaciones de las fuerzas del sistema:
Así pues, podemos calcular la fuerza normal de la segunda ecuación:
![\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}](https://www.ingenierizando.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b1192d1e3c67048c4dbbd1af84fcd7f8_l3.svg "Rendered by QuickLaTeX.com")
Por otro lado, calculamos el valor de la fuerza de rozamiento (o fuerza de fricción) de la primera ecuación planteada:
![\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sen}(\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sen}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18,43 \ N\end{array}](https://www.ingenierizando.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-49e528fdb630752bc737242edf92252e_l3.svg "Rendered by QuickLaTeX.com")
Y una vez ya conocemos el valor de la fuerza normal y de la fuerza de rozamiento, podemos determinar el coeficiente de fricción dinámico utilizando su fórmula correspondiente:
Excelente informacion, me sirve para guiar a mi hijo en sus estudios
¡Me alegro de que te resulte útil José!
Gracias por la explicación, excelente información.
¡Gracias a ti por el comentario Virgnia!
Excelente: explicación
¡Muchas gracias!
Gracias, excelente explicación y ejemplos muy claros
¡Muchas gracias Manuel!
hola! que pasa si el coeficiente de friccion estático es igual al del dinámico?
que significa?
Hola Ana,
Esto significa la fuerza que se debe hacer para empezar a mover un cuerpo y la fuerza que se debe hacer para seguir desplazando un cuerpo cuando ya está en movimiento son iguales.
En algunos problemas de física se simplifica y se establece que los dos tipos de coeficientes de fricción son iguales, pero esto no suele ser el caso en la realidad.