No sé quién inventó este loco desafío, pero la thought es poner a alguien en un recipiente de hielo tallado y ver si puede salir. Échale un vistazo! El cuenco tiene la forma del inside de una esfera, por lo que cuanto más subes por los lados, más empinado se vuelve. Si cree que una acera helada es resbaladiza, intente ir cuesta arriba por una acera helada.
¿Qué haces ante un problema como este? Por supuesto, construyes un modelo físico. Comenzaremos modelando cómo camina la gente en terreno plano y luego lo aplicaremos a una pendiente resbaladiza. En realidad, hay tres posibles planes de escape y he usado este modelo para generar animaciones para que puedas ver cómo funcionan. Entonces, lo primero es lo primero:
¿Cómo camina la gente?
Cuando caminas desde la puerta de tu casa hasta el buzón, probablemente no piensas en la mecánica involucrada. Resolviste ese problema cuando eras pequeño, ¿verdad? Pero esto es lo que hacen los científicos: hacemos preguntas que nadie se detuvo jamás a plantearse.
Hablando de eso, ¿alguna vez te preguntaste por qué el hielo es resbaladizo? Lo creas o no, no lo sabemos. La razón directa es que tiene una capa fina y acuosa en la superficie. Pero por qué? Esa película líquida existe incluso por debajo del punto de congelación. Los físicos y los químicos llevan siglos discutiendo sobre esto.
De todos modos, para empezar a caminar, es necesario que exista una fuerza en la dirección del movimiento. Esto se debe a que el movimiento cambiante es un tipo de aceleración, y la segunda ley de Newton cube que la fuerza neta sobre un objeto es igual al producto de su masa por su aceleración (F = mamá). Si hay aceleración, debe haber una fuerza neta.
Entonces, ¿cuál es esa fuerza que te impulsa hacia adelante? Bueno, cuando das un paso y empujas con el pie trasero, tus músculos aplican una fuerza hacia atrás sobre la Tierra. Y la tercera ley de Newton cube que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Eso significa que la Tierra ejerce una adelante-apuntando una fuerza hacia ti, lo que llamamos fuerza de fricción.
La magnitud de esta fuerza de fricción depende de dos cosas: (1) Los materiales específicos en contacto, que se capturan en un coeficiente (µ): un número generalmente entre 0 y 1, donde los valores más bajos son más resbaladizos y menos adherentes. Y (2) con qué fuerza se juntan estas superficies, lo que llamamos fuerza regular (norte).
La fuerza regular es un concepto un tanto extraño para los novatos en física, así que déjame explicarte. Regular significa perpendicular a la superficie de contacto. Es una fuerza que empuja hacia arriba y que evita que te caigas al suelo bajo la fuerza de la gravedad. Si estás parado sobre un terreno plano, estas dos fuerzas serán iguales y opuestas, anulándose entre sí, por lo que no habrá aceleración vertical.
Una última nota: existen dos tipos diferentes de coeficientes de fricción. Uno es cuando tienes dos objetos estacionarios, como una jarra de cerveza en una barra, y quieres saber con qué fuerza puedes empujar antes de hacer que se mueva. Ese límite está determinado por el estático coeficiente de fricción (µs).
Luego, cuando el camarero desliza su taza por la barra, la resistencia a la fricción, que determina hasta dónde llega, está determinada por la cinético coeficiente de fricción (µok). Suele ser menor, porque es más fácil mantener algo en movimiento que ponerlo en marcha.
Ahora podemos cuantificar la estática (Ffs) y cinético (Fjoder) fuerzas de fricción:
