Durante el análisis de movimiento de rodadura ¿por qué consideramos el coeficiente de fricción como el de estático fricción y no fricción cinética?
Como dijo @Jerry, todo esto tiene que ver con el funcionamiento de una rueda (o un objeto rodante similar; una albóndiga gigante, por ejemplo). Esta figura debería ayudar:
Como puedes ver en la imagen, consideramos rozamiento estático porque, aunque toda la albóndiga puede estar en movimiento, la parte que toca el suelo (la única sobre la que puede actuar el rozamiento) no se está moviendo con respecto al suelo. Si se moviera, se consideraría deslizamiento. Si alguna vez has conducido una albóndiga sobre hielo, estarás de acuerdo en que el deslizamiento es definitivamente algo malo.
De hecho, la única razón por la que tu albóndiga puede rodar es la fricción estática. Cuando aplicas un par de torsión a la albóndiga, ésta quiere girar sobre sí misma. Sin fricción estática, lo haría y no habría movimiento neto hacia delante. Sin embargo, la fricción estática hace que la parte de la albóndiga que toca el suelo permanezca en el mismo sitio. Pero la albóndiga sigue teniendo un par de torsión, por lo que girará; girará con un movimiento hacia delante mientras no pueda superar la fricción estática en el lugar donde "roza" el suelo. Si tu albóndiga empieza a resbalar, entonces hablamos de fricción cinética, que suele ser menor que la fricción estática. Esto significa que la fuerza de avance que podrías aplicar a tu albóndiga se reduce drásticamente y no iría a ninguna parte (¡pero iría rápido!).
Fricción estática. ¡Así es como ruedo!
Un pequeño detalle: Los neumáticos de carretera sólo tienen banda de rodadura para desplazar el agua de lluvia superficial. Por eso los pilotos de carreras utilizan neumáticos lisos en días secos. En días secos, las bandas de rodadura reducir la fricción estática, no aumentarla.
Fricción estática es para cuando dos superficies no se mueven uno respecto al otro (sin frotar), mientras que el de fricción cinética es para cuando dos superficies que se mueven uno respecto al otro (frotar uno contra el otro). Para el movimiento de balanceo de un buen lugar de partida para la comprensión de lo que es relevante es pensar en un neumático de un coche.
Fricción cinética es apropiado cuando el neumático de un coche no está recibiendo suficiente tracción y gira sin que el coche se mueve hacia adelante, como puede suceder en el hielo, porque entonces no hay roce de la banda de rodadura del neumático sobre el hielo (que son los dos relevante de las superficies en este caso).
Pero si el neumático "rollos sin deslizamiento", en el decir de una carretera seca, luego de fricción estática es adecuado debido a que no hay movimiento relativo entre la banda de rodadura del neumático y la carretera (que son los dos importantes superficies en este caso). A ver que no hay movimiento relativo, en este caso, creo que de un neumático rodando sin resbalar como las pistas de un tanque (compare esto con la imagen de una llanta para esta simulación de pista de vídeo): en la que el neumático cumple con la carretera es un poco deformado a ser plana en la carretera y este de la parte plana y el camino no tiene ningún movimiento entre ellos (no hay roce de estas dos superficies).
Usted también puede encontrar que es útil revisar los dos GIFs animados aquí.
La idea es que la parte inferior de la rueda esté realmente inmóvil, lo que a menudo resulta difícil de entender. Sin embargo, hay una gran analogía: caminar.
Cuando caminas, ¿los dos pies se mueven a la misma velocidad? Por supuesto que no. Si fuera así, no estarías caminando. Si realmente prestas atención a tus pies, uno de ellos está quieto (en relación con el suelo) mientras que el otro se mueve mucho más rápido que tu movimiento general.
Lo mismo ocurre entre la parte superior e inferior de un neumático. El punto superior se mueve en la misma dirección (con respecto al coche) que el coche (con respecto al suelo), por lo que se mueve el doble de rápido que el coche (con respecto al suelo). El punto inferior se mueve en la dirección opuesta, por lo que está parado (respecto al suelo). En promedio, todos los puntos de la rueda se moverán a la misma velocidad que el coche, así que no te preocupes porque la lógica te rompa los neumáticos. :)
Suelo considerar un coeficiente de rozamiento por rodadura que es diferente del rozamiento estático y del rozamiento por deslizamiento.
La razón es que la deflexión elástica de un elemento rodante imparte una resistencia que no es linealmente proporcional a la carga (de contacto) aplicada.
Para acero sobre acero dependiendo de las condiciones de lubricación un valor típico nos $\mu_{roll}=0.008$
La fricción estática se utiliza para determinar la tracción disponible, más allá de la cual se producirá el deslizamiento. Al empujar una bola de bolos, si empujas ligeramente rodará, pero si empujas con más fuerza que la fricción estática multiplicada por el peso, entonces la bola resbalará y rodará.
La fricción por rodadura y la fricción estática existen en este escenario y ambas hacen cosas muy diferentes. La pregunta se refiere a la fricción (resistencia al deslizamiento) entre el objeto rodante y la superficie. No las fuerzas combinadas de la resistencia a ser comprimido y luego separado de la superficie y la resistencia de los cojinetes / eje, que está más cerca de lo que la fricción de rodadura es
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¿Hablamos de rodar o de movimiento circular? Sospecho que estás hablando de rodar, y si es así, piensa en cómo se comportan los neumáticos sobre hielo...
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Ya que estás hablando de movimiento de balanceo, podría ser útil entender cómo funcionan los engranajes .