FUERZAS DE FRICCIÓN E IMPULSO O CHOQUE

FUERZAS DE FRICCIÓN

La fuerza de fricción o la fuerza de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento.

Fricción, Cinética y Estática.

Los factores que originan la fricción son:
A) El rozamiento: lo ocasionan las irregularidades de la superficie en contacto.
 B) Cuanto mas ásperas sean las superficies, mayor sera la fricción.
 C) El peso de los cuerpos en contacto. Si el peso es mayor la fricción también será mayor.

 Tipos de fricción:

Fricción o rozamiento estático:El primer tipo de fricción se llama rozamiento estático.Cuando un cuerpo esta en reposo, las únicas fuerzas que actúan sobre el son la fuerza normal y su peso.

 Coeficiente de fricción estático: El coeficiente de fricción estático (Us) se define como el cociente entre la fuerza de fricción estática y la fuerza normal. Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto Us=Fs /N.
 Matemáticamente, la fuerza de fricción estática se obtiene como: Fs=UsN• Donde:Fs= Fuerza de fricción estática(N,lb)Us= Coeficiente de rozamiento estático(es adimensional)N= Fuerza normal (N,ib).

Fricción o rozamiento cinético:Esta fuerza se presenta cuando se rompe el estado de reposo y el cuerpo inicia un movimiento. La magnitud de la fuerza de rozamiento cinético disminuye y se define como la fuerza que se opone al movimiento de los cuerpos están en contacto y su magnitud es directamente proporcional a la fuerza normal.

El coeficiente de rozamiento estático:es una cantidad sin unidades. Por tratarse de una relación de fuerzas, siempre es menor que la unidad.El coeficiente de fricción cinético o dinámico(Uk) se define como el cociente entre la fuerza de fricción cinética o dinámica y la fuerza normal. Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto. Uk=Fk/N

 El coeficiente de fricción cinético o dinámico: Uk), se define como el coeficiente entre la fuerza de fricción, cinética y dinámica y la fuerza normal. Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto. Uk=Fk/N

IMPULSO O CHOQUE 

El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el cual está aplicada. Es una magnitud vectorial. El módulo del impulso se representa como el área bajo la curva de la fuerza en el tiempo, por lo tanto si la fuerza es constante el impulso se calcula multiplicando la F por Δt, mientras que si no lo es se calcula integrando la fuerza entre los instantes de tiempo entre los que se quiera conocer el impulso.

choque elástico:
Un choque elástico es un choque en el cual no hay pérdida de energía cinética en el sistema como resultado del choque. Tanto el momento (ímpetu o cantidad de movimiento) como la energía cinética, son cantidades que se conservan en los choques elásticos.

Supón que dos tranvías parecidos viajan en direcciones opuestas con la misma rapidez. Chocan y rebotan sin ninguna pérdida en la rapidez. Este choque es perfectamente elástico porque no se pierde energía.

En realidad, los ejemplos de choques perfectamente elásticos no forman parte de nuestra experiencia diaria. Algunos choques entre átomos en los gases son ejemplos de choques perfectamente elásticos. Sin embargo, en mecánica hay algunos ejemplos de choques en donde la pérdida de energía puede ser despreciable. Estos choques se pueden considerar como elásticos, aunque en realidad no son perfectamente elásticos. 
algunos ejemplos son :

Supón que ocurre un choque directo entre dos tranvías (A y B) en una vía. Queremos saber las velocidades finales (subíndice f) para ambos tranvías, pero solo nos dan las velocidades iniciales v_{Ai}vAi​ y v_{Bi}vBi​. Al aplicar la conservación del momento, podemos ver que tenemos una ecuación con dos incógnitas, v_{Af}vAf​ y v_{Bf}vBf​:

$m_A v_{Ai}+m_B v_{Bi}=m_{A}v_{Af}+m_B v_{Bf}$

$m_A{v}_{Ai}+m_B{v}_{Bi}=m_A{v}_{Af}+m_B{v}_{Bf}$

Como la energía cinética también se conserva, de manera simultánea tenemos otra restricción:

$\frac{1}{2}m_A v_{Ai}^2+\frac{1}{2}m_B v_{Bi}^2=\frac{1}{2}m_A v_{Af}^2+\frac{1}{2}m_B v_{Bf}^2$

Como ahora tenemos dos ecuaciones con dos incógnitas, sabemos que podemos resolver completamente el sistema al usar ecuaciones simultáneas para determinar ambas velocidades.
Resolver estas ecuaciones es algo tedioso. Por ahora, simplemente mostramos el resultado:

$v_{Af} = \left( \frac{m_{A} - m_{B}}{m_{A}+m_{B}} \right) v_{Ai} + \left( \frac{2m_{B}}{m_{A}+m_{B}} \right) v_{Bi}$

$v_{Bf} = \left( \frac{2m_{A}}{m_{A}+m_{B}} \right) v_{Ai} + \left( \frac{m_{B} - m_{A}}{m_{A}+m_{B}} \right) v_{Bi}$

choques in-elásticos 
Un choque in-elástico es en el que hay una pérdida de energía cinética. Mientras que en este tipo de choques se conserva el momento del sistema, la energía cinética no. Esto es porque una parte de la energía cinética se le transfiere a algo más. La energía térmica, sonora y deformaciones de los materiales son probables culpables.

algunos ejemplos son :

El péndulo balístico es un dispositivo práctico en el cual ocurre un choque inelástico. Hasta la llegada de los instrumentos modernos, el péndulo balístico se usaba mucho para medir la rapidez de los proyectiles.

En este dispositivo, se le dispara un proyectil a un bloque pesado de madera suspendido. Inicialmente, el bloque de madera está en reposo. Después del choque, el proyectil queda incrustado en el bloque. Un poco de energía cinética se transforma en calor y en sonido, y se usa para deformar el bloque. Sin embargo, el momento debe seguir conservándose. En consecuencia, el bloque se columpia con cierta rapidez. Después del choque, el bloque se comporta como un péndulo en el cual se conserva la energía mecánica total. Por esto, podemos usar la altura máxima del péndulo para determinar la energía cinética del bloque después del choque y luego, al usar la conservación del momento, podemos encontrar la velocidad inicial del proyectil.

Figura 1: un choque inelástico en un péndulo balístico.

Figura 1: un choque in elástico en un péndulo balístico.

Sabemos que en este choque solo se conserva el momento. Así que el momento del proyectil antes del choque debe ser igual al momento del sistema proyectil-bloque inmediatamente después del choque. Aquí usamos el subíndice BB para el bloque y PP para el proyectil. v_BvB​ es la velocidad del bloque justo después del impacto.

$m_P v_{P} = (m_B + m_P) v_{B}$

$m_P{v}_P=(m_B+m_P)v_B$

Después de reacomodar:

$v_{B} = \frac{m_P v_{P}}{m_P + m_B}$

${}_{vB}=\genfrac{}{}{0ex}{}{m_P{v}_P}{m_P+m_B}$

Sabemos que después del choque se conserva la energía mecánica del sistema bloque-proyectil, así que el bloque se eleva a una altura máxima hh bajo la influencia de la aceleración gravitacional gg, entonces:

$\frac{1}{2} (m_P + m_B) v_B^2 = (m_P + m_B) gh$

Después de reacomodar:

$v_B^2 = 2gh$

Al sustituir la velocidad inicial del bloque en nuestra expresión anterior de la conservación del momento:

$\frac{m_P v_P}{m_P + m_B} = \sqrt{2gh}$

Así que después de un último reacomodo:

$\boxed{v_{P} = \frac{m_P + m_B}{m_P} \sqrt{2gh}}$