Fricción: Resolución de problemas

La fricción es una fuerza esencial que influye en el movimiento de los objetos en la vida diaria. Dependiendo de la situación, puede ser beneficiosa o problemática. Considera un autobús con una masa de tres megagramos y su centro de masa en un punto específico, moviéndose a lo largo de una carretera inclinada a una velocidad constante. El coeficiente de fricción estática entre los neumáticos y la carretera es 0.5. Encuentra el ángulo máximo de la carretera inclinada en el cual el autobús no resbalaría ni se volcaría.

Inicialmente, se debe crear una representación visual de las fuerzas gravitacionales, de fricción y normales que actúan sobre el autobús. Estas fuerzas son cruciales para entender el equilibrio del autobús en la carretera inclinada.

A continuación, se deben analizar las fuerzas de fricción en los dos puntos de contacto entre los neumáticos y la carretera. Esto se puede lograr considerando el peso del autobús y cómo interactúa con el ángulo de la carretera inclinada.

Dado que el autobús viaja a una velocidad constante, satisface las condiciones de equilibrio. Esto significa que las fuerzas que actúan sobre el autobús en ambas direcciones vertical y horizontal están equilibradas, y el autobús se mantiene estable en la carretera.

Investigando estas fuerzas y sus relaciones, se puede encontrar el ángulo máximo que asegura que el autobús se mantenga estable sin deslizarse por la pendiente.

Ahora, se debe examinar la condición de vuelco. Cuando el autobús comienza a volcar, pierde contacto con el punto superior (punto de contacto entre el neumático superior y la carretera), y ninguna fuerza de reacción o de fricción actúa en el punto superior.

Para evitar el vuelco, las fuerzas que actúan sobre el autobús deben estar equilibradas de tal manera que el momento resultante alrededor del punto inferior sea cero. Esto ayuda a determinar el ángulo máximo para evitar el vuelco, asegurando que el autobús se mantenga estable sin volcarse.