No sé quien inventó este loco desafío, pero la idea es poner a alguien en un recipiente tallado con hielo y ver si puede salir. Échale un vistazo! El cuenco tiene la forma del interior 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 subir una colina sobre una acera helada.
¿Qué haces cuando te encuentras con un problema como este? Por supuesto, construyes un modelo físico. Comenzaremos modelando cómo las personas caminan en terreno plano y luego aplicaremos esto a una pendiente resbaladiza. En realidad, hay tres posibles planes de escape y utilicé esta plantilla 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 tu buzón, probablemente no piensas en la mecánica involucrada. Resolviste este problema cuando eras niño, ¿verdad? Pero esto es lo que hacen los científicos: formulamos preguntas en las que nadie se ha detenido a pensar.
Hablando de eso, ¿alguna vez te has preguntado porque 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? Esta película líquida existe incluso por debajo del punto de congelación. Los físicos y los químicos llevan siglos discutiendo sobre esto.
En cualquier caso, para empezar a caminar es necesario que exista una fuerza en la dirección del movimiento. Esto se debe a que el cambio de movimiento es un tipo de aceleración y la segunda ley de Newton dice que la fuerza neta sobre un objeto es igual al producto de su masa por su aceleración (F = encendido). 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 a la Tierra. Y la tercera ley de Newton dice que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Esto significa que la Tierra ejerce una avance-apuntando la 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 (I) — un número generalmente entre 0 y 1, donde los valores más bajos son más resbaladizos y tienen menos agarre. Y (2) con qué fuerza se comprimen estas superficies, lo que llamamos fuerza normal (norte).
La fuerza normal es un concepto un poco extraño para los principiantes en física, así que déjame explicarte. Normal significa perpendicular a la superficie de contacto. Es una fuerza de empuje hacia arriba que evita que te hundas en el suelo bajo la fuerza de la gravedad. Si estás en un terreno plano, estas dos fuerzas serán iguales y opuestas, anulándose entre sí, por lo que no hay aceleración vertical.
Una última nota: existen dos tipos de coeficientes de fricción. Una es cuando tienes dos objetos estacionarios, como una jarra de cerveza en una barra, y quieres saber con qué fuerza puedes empujarlos antes de moverlos. Este límite está determinado por el estático coeficiente de fricción (Iy).
Entonces, cuando el barman desliza su taza por la barra, la resistencia a la fricción, que determina hasta dónde llega, está determinada por cinético coeficiente de fricción (Ik). Generalmente es más pequeño, porque es más fácil mantener algo en movimiento que ponerlo en marcha.
Ahora podemos cuantificar la estática (Ffs) y cinético (Fal diablo con esto) fuerzas de fricción:
