Imagen de cortesía: La historia del cálculo: Una aventura matemática; David Acheson
Cómo es que la fricción estática equilibra la gravedad que parece ser proporcionada por la fuerza normal de la pared sobre las personas.
Entiendo que la aceleración centrípeta (que proporciona la fuerza normal y, por tanto, la fricción) tiene que ser proporcionada por una fuerza neta en dirección centrípeta. Sin embargo, en este problema, lo que está proporcionando esta fuerza.
Entiendo que la aceleración centrípeta (que proporciona la fuerza normal y, por tanto, la fricción) tiene que ser proporcionada por una fuerza neta en dirección centrípeta. Sin embargo, en este problema, lo que está proporcionando esta fuerza.
¿Es una fuerza causada por una aceleración? Más bien piensa lo contrario: Vemos que la aceleración se produce a nuestro alrededor en este mundo, por lo que nos planteamos la cuestión de qué causa dicha aceleración. Esta "causa" se llama entonces fuerza (y sigue la 2ª ley de Newton). Por lo tanto, la aceleración es causada por una fuerza. La aceleración centrípeta aquí es causada por la fuerza normal . No al revés.
Ahora, cómo puede ser esto...
Imagina que conduces rápido y de repente giras tu coche. Tu cuerpo "quiere" seguir hacia delante (debido a su inercia), pero el coche se mueve ahora lateralmente. Por tanto, te empuja con él.
En otras palabras, el coche se mueve en ti . Aquí es donde aparece la fuerza normal. Esta fuerza normal hace que te muevas junto con el coche, es decir, te da una aceleración lateral. (Si el coche no pudiera ejercer una fuerza normal lo suficientemente grande como para provocar tu aceleración necesaria, entonces estarías atravesando el lateral del coche).
En el tambor giratorio de tu foto, la pared gira constantemente y empuja a las personas y los objetos con ella. Éstos "quieren" seguir en línea recta con la velocidad adquirida, pero para ello tendrían que "atravesar" la pared del tambor. Esta pared ejerce una fuerza normal para evitarlo, y esta fuerza normal hace que se aceleren. El hecho de que esto ocurra de forma constante y continuada alrededor de un giro da el movimiento circular y nos hace denotar esta aceleración centrípeta .
Creo que estás preguntando por la fuerza vertical, no por la fuerza normal que es horizontal.
Si la pared es vertical, entonces fricción estática es la única fuerza que se opone a la gravedad. Los ciclistas son presionados contra la pared por la fuerza centrífuga. La fuerza de reacción normal es igual a la fuerza centrífuga. La fuerza tangencial máxima $F$ que la fricción estática puede proporcionar aumenta con la reacción normal $N$ : $F \le \mu N$ donde $\mu$ es el coeficiente de fricción estática. Cuando la fuerza centrífuga es alta, la fricción estática es lo suficientemente grande como para igualar el peso del ciclista, impidiendo que se deslice hacia abajo.
Los jinetes comienzan con los pies en el suelo. A medida que aumenta la velocidad del tambor, aumenta la fricción estática proporcionada por la pared. Pueden subir a la pared y tumbarse sobre ella. Cuando el tambor deja de girar no hay fuerza centrífuga ni fuerza normal. La fuerza de fricción estática cae a cero y los ciclistas se deslizan por la pared.
Si las paredes no son rugosas, entonces $\mu$ es pequeño. Entonces la fricción estática no es lo suficientemente grande como para soportar el peso de los jinetes, por lo que no pueden subir a la pared, y se deslizan hacia abajo si lo intentan.
Este truco también se puede realizar si las paredes se inclinan hacia afuera, en un pequeño ángulo $\theta$ a la vertical, aunque sean suaves. Esto también ocurre con las carreteras con arcenes - véase ¿Cómo es posible el movimiento circular en una carretera con terrazas si no hay fricción? En este caso no hay fuerza de fricción estática, sólo la fuerza normal. Hay una componente de la fuerza normal en la dirección vertical ( $N\sin\theta$ ), que se opone a la gravedad. Mientras tanto, la componente de la fuerza normal en la dirección horizontal ( $N\cos\theta$ ) proporciona la fuerza centrípeta necesaria para mantener a los jinetes en movimiento en un círculo.
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