Formulario de Física: Fricción, Trabajo y Energía

1. Fórmulas esenciales para memorizar

• Fricción cinética: f_k = μ_kN
• Fricción estática: f_s ≤ μ_sN; máxima: f_s,max = μ_sN
• Trabajo: W = Fd cos θ
• Trabajo neto: W_net = ΔK = K_f − K_i
• Energía cinética: K = ½mv²
• Energía potencial gravitatoria: U_g = mgh
• Energía potencial elástica: U_e = ½kx²
• Energía mecánica: E_m = K + U
• Conservación sin fricción: K_i + U_i = K_f + U_f
• Con fricción: K_i + U_i + W_f = K_f + U_f
• Potencia: P = W/t
• Potencia con fuerza y velocidad: P = Fv cos θ

2. Unidades de medida

3. Fricción

La fricción es una fuerza que se opone al movimiento relativo o a la tendencia de movimiento entre superficies.

3.1 Fricción estática

Actúa cuando el objeto todavía no se desliza. No siempre vale μ_sN: se ajusta a lo necesario hasta un máximo.

• f_s ≤ μ_sN
• f_s,max = μ_sN

3.2 Fricción cinética

Actúa cuando las superficies ya están deslizándose.

f_k = μ_kN

3.3 Normal

En una superficie horizontal, sin otras fuerzas verticales: N = mg. En una rampa: N = mg cos θ.

• Horizontal: N = mg
• Rampa: N = mg cos θ
• Rampa (fricción): f_k = μ_kmg cos θ

Si una fuerza F tira hacia arriba con ángulo θ: N = mg − F sin θ. Si empuja hacia abajo: N = mg + F sin θ.

3.4 Dirección

Si el objeto se mueve a la derecha, la fricción va a la izquierda; si se mueve a la izquierda, va a la derecha. En una rampa, se opone al deslizamiento.

3.5 Aceleración en una rampa con fricción

a = g(sin θ − μ_k cos θ)

Esta expresión corresponde a un objeto que baja por la rampa y cuya única fuerza paralela relevante es la gravedad menos la fricción.

4. Trabajo

El trabajo mide la transferencia de energía producida por una fuerza a lo largo de un desplazamiento.

W = Fd cos θ

Donde θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.