Calculadora Fuerza de Fricción: F = μN, rampa, ángulo de reposo
Calcula la fricción estática y cinética F = μ·N, el ángulo de reposo θ = arctan(μ) y la fuerza en rampa. Cuatro modos con coeficientes típicos y disipación.
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Fuerza de fricción
La fuerza de fricción se opone al movimiento relativo entre superficies en contacto. En el modelo de Coulomb-Amontons (fricción seca): F_fricción = μ · N, con μ adimensional y N fuerza normal. No depende del área aparente de contacto (primera ley de Amontons).
Estática vs cinética
Estática F_s ≤ μ_s·N impide el movimiento hasta μ_s·N. Cinética F_k = μ_k·N actúa durante el deslizamiento. Normalmente μ_s > μ_k. Valores típicos: acero-acero 0,74/0,57; goma-asfalto seco 0,9/0,8; goma-asfalto mojado 0,5/0,3; hielo-acero 0,02/0,006.
Plano inclinado
N = m·g·cos(θ), F_∥ = m·g·sin(θ). Desliza si F_∥ > μ_s·N (tan θ > μ_s). Aceleración: a = g·(sin θ − μ_k·cos θ). Ejemplo 30°, 10 kg, μ_k = 0,3: a ≈ 2,3 m/s².
Ángulo de reposo
tan(θ_r) = μ_s. Medida clásica experimental de μ_s. Dunas ≈ 30-35°.
Trabajo y calor
W_fricción = −μ_k·N·d (negativo, disipa como calor). Caja 50 kg, 10 m, μ_k = 0,3 → 1472 J disipados.
Fricción rodante y viscosa
- Rodante: μ_r ≪ μ deslizante. Acero-acero 0,001; neumático-asfalto 0,01.
- Viscosa (fluido): Stokes F = 6π·η·r·v (laminar); turbulento F ∝ v².
- Stick-slip: transición estático-cinético genera chirridos.
Límites del modelo
Válido para presiones normales y velocidades moderadas. Lubricación reduce μ 10-100 veces. En nanoescala dominan fuerzas de van der Waals.
Cómo usar
Modos: fricción base, plano inclinado, ángulo de reposo, trabajo disipado. Unidades SI.
Aplicaciones prácticas
Frenado de vehículos: distancia de parada d = v²/(2·μ·g). Coche a 100 km/h en asfalto seco con μ=0,8 se detiene en ~49 m; en mojado μ=0,4 → 98 m (el doble). Neumáticos y cauchos técnicos, escalada (fricción piel-roca), calzado antideslizante, frenos de disco y tambor, cintas transportadoras, bloques de anclaje, amarres navales, geotecnia (estabilidad de taludes con factor de seguridad F_seg = tan φ / tan α, donde φ es el ángulo de fricción interna del suelo y α la pendiente), tribología industrial (reducir fricciones representa enormes ahorros energéticos).
Aplicaciones reales del rozamiento
El rozamiento gobierna la frenada de un coche (μ ≈ 0,9 entre neumático y asfalto seco, que cae a 0,5 con lluvia y a 0,1 sobre hielo), la marcha humana, el agarre de los tornillos y la estabilidad de taludes. Un camión de 30 t que baja un puerto con pendiente del 8% depende por completo de que la fricción de sus frenos disipe unos 2,4 MJ por cada 100 m de descenso. En ingeniería, los valores de μ se obtienen de ensayos normalizados y varían con la temperatura, la humedad y el desgaste superficial.
Consejos de uso de la calculadora
Introduce el coeficiente μ sin unidades y la normal N en newtons; si solo conoces la masa, la calculadora usa N = mg con g = 9,81 m/s². En el modo plano inclinado se compara mg·senθ con μ·N para decidir si el cuerpo desliza; en el modo ángulo de reposo se aplica θ = arctan(μ). El trabajo del rozamiento se devuelve negativo porque la fuerza se opone siempre al desplazamiento.
Actualizado a julio de 2026
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