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Rozamiento, planos inclinados y tensiones

Resolver planos inclinados y sistemas con rozamiento distinguiendo fricción estática y cinética.

Míralo en un dibujo

Descomponer no añade fuerzas nuevas. Descripción en el texto contiguo.
Descomponer no añade fuerzas nuevas

En un plano de ángulo θ, el peso se descompone en mg·senθ paralelo al plano y mg·cosθ perpendicular. Las componentes no deben sumarse de nuevo junto al peso como fuerzas independientes.

Antes de seguir: ¿Por qué no contamos a la vez el peso y sus dos componentes?

Comprueba tu razonamiento

Porque las componentes son otra representación del mismo vector; hacerlo duplicaría su efecto.

Antes de empezar

Necesitas manejar: Vectores y proyecciones; Cinemática; Trigonometría.

Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.

¿Cómo comprobar reposo con rozamiento?

Comparando fricción requerida con μ_sN.

En un minuto

  • Comparando fricción requerida con μ_sN.
  • Contra el deslizamiento relativo.
  • Sin otras componentes normales ni aceleración perpendicular.
  • Que la hipótesis de contacto debe revisarse.

Entiende la idea

El concepto

El rozamiento modeliza la interacción tangencial entre superficies. En el modelo de Coulomb, la fricción estática se adapta a la fuerza necesaria para impedir el deslizamiento hasta un máximo μ_sN. No vale siempre ese máximo. Si la exigencia supera el umbral, el cuerpo desliza y suele emplearse una fuerza cinética de módulo μ_kN opuesta al deslizamiento relativo.

En un plano inclinado conviene elegir ejes paralelo y perpendicular a la superficie. El peso se descompone en mgsenθ paralelo hacia abajo y mgcosθ perpendicular hacia el plano. Si no hay otras fuerzas perpendiculares ni aceleración normal, N=mgcosθ. Un dibujo evita intercambiar seno y coseno por memoria.

Cómo utilizarlo sin errores

La tensión se representa a lo largo de la cuerda tirando del cuerpo, no empujándolo. Una cuerda ideal sin masa con polea ideal puede tener la misma tensión en sus tramos; no es una propiedad universal de cualquier cuerda o mecanismo. Si varios cuerpos están conectados, se escriben ecuaciones para cada uno con sentidos compatibles y se utiliza la relación cinemática impuesta por la cuerda.

Antes de calcular, decide si el estado es reposo, movimiento conocido o umbral de deslizamiento. Si el resultado de la fuerza estática necesaria supera μ_sN, la hipótesis de reposo es inconsistente. Si una normal calculada resulta negativa, puede haberse perdido el contacto y deben revisarse las ecuaciones. La validación del régimen físico es parte de la solución, no un comentario opcional al final.

Fórmulas y condiciones de uso

Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.

| F s | ≤ μ s N , | F k | = μ k N
Rozamiento, planos inclinados y tensiones · expresión 1
N = m g cos ⁡ θ si no hay otras componentes normales
Rozamiento, planos inclinados y tensiones · expresión 2
Consultar la notación textual original

|f_s|≤μ_sN; f_k=μ_kN. En plano: P_paralelo=mgsenθ; P_perpendicular=mgcosθ. ΣF_paralelo=ma.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1 · Un bloque de 5 kg está sobre una mesa, μ_s=0,4, y recibe 10 N horizontales. Usa g=9,8. ¿Se mueve?

  1. N=49 N y el máximo estático es 0,4·49=19,6 N.
  2. La fuerza necesaria para equilibrar es 10 N, menor que el máximo. Puede permanecer en reposo.
  3. El rozamiento real es 10 N en sentido contrario, no 19,6 N.

Ejemplo 2 · Un bloque desliza hacia abajo por un plano de 30° con μ_k=0,20. Calcula a usando g=9,8.

  1. N=mgcos30° y f_k=0,20mgcos30°, dirigida hacia arriba del plano.
  2. Tomando abajo como positivo: ma=mgsen30°−0,20mgcos30°.
  3. a=9,8(0,5−0,20·0,866025)≈3,20 m/s². La masa se cancela bajo este modelo.

Practica antes de mirar la solución

Práctica 1 · Un bloque de 2 kg es arrastrado horizontalmente con 12 N sobre una mesa de μ_k=0,20. Usa g=10. Calcula a.

Primera ayuda

El movimiento está indicado; usa fricción cinética.

Ver solución razonada

N=20 N, f_k=4 N y F_neta=8 N. a=8/2=4 m/s².

Práctica 2 · Una fuerza de 20 N tira de un bloque de 4 kg con ángulo 30° hacia arriba sobre mesa, sin aceleración vertical. Usa g=10. Calcula N.

Primera ayuda

La componente vertical del tirón reduce la normal.

Ver solución razonada

N+20sen30°−40=0, luego N=30 N. No vale mg=40 N.

Práctica 3 · En un plano sin rozamiento de 30°, un bloque permanece sujeto por una cuerda paralela al plano. Usa m=2 kg y g=10. Calcula T y N.

Primera ayuda

Aplica equilibrio en los dos ejes.

Ver solución razonada

T=mgsen30°=10 N y N=mgcos30°=10√3≈17,32 N.

El error que debes evitar

No usar μ_sN como valor fijo de fricción. No confundir movimiento con sentido de aceleración. No suponer tensiones iguales sin idealizaciones justificadas.

Comprueba lo aprendido

Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.

La fricción estática…

  1. Siempre vale μ_sN
  2. Se adapta hasta un máximo
  3. Siempre es cero
Solución y explicación

Respuesta: Se adapta hasta un máximo. Solo en el umbral alcanza su valor máximo.

En un plano inclinado, mgsenθ es…

  1. La componente paralela del peso
  2. La normal siempre
  3. La tensión siempre
Solución y explicación

Respuesta: La componente paralela del peso. Apunta hacia abajo del plano.

Una tensión ideal actúa…

  1. Empujando por la cuerda
  2. Siempre vertical
  3. Tirando a lo largo de la cuerda
Solución y explicación

Respuesta: Tirando a lo largo de la cuerda. La dirección depende de la geometría de la cuerda.

Recupera las ideas de memoria

Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.

¿Cómo comprobar reposo con rozamiento?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Comparando fricción requerida con μ_sN.

Intenta responder antes de mirar.

¿Hacia dónde apunta el rozamiento cinético?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Contra el deslizamiento relativo.

Intenta responder antes de mirar.

¿Cuándo N=mgcosθ?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Sin otras componentes normales ni aceleración perpendicular.

Intenta responder antes de mirar.

¿Qué sugiere N<0 en un contacto unilateral?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Que la hipótesis de contacto debe revisarse.

Intenta responder antes de mirar.

Explícalo y llévalo a otro problema

Resuelve el segundo ejemplo suponiendo que el bloque se desliza hacia arriba: cambia el sentido del rozamiento y explica por qué la aceleración hacia abajo es mayor.

Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.

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Fuentes y revisión editorial

Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.