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¿Puede existir fricción negativa? Si es así, ¿qué sucede?

Tengo que hablar de la fricción negativa para mi examen oral y me gustaría que comentaran mi presentación.

Sé que la fricción es la resistencia al movimiento que se produce entre los objetos. Así que la fricción es una fuerza que trabaja en sentido contrario a la dirección en la que se frota un objeto contra otro.

Si empujo un coche a una distancia $s$ a lo largo de un camino con una fuerza $F$ entonces la fuerza realiza el trabajo $W=F \cdot s$ .

La energía que aparece en este caso es energía cinética $E_k= \frac {1}{2}mv^2$ .

Y dijimos que la fricción funciona como un freno para que la energía cinética se transforme en energía térmica o simplemente calor.

¿Y qué pasa si la fricción es negativa?

Si la fricción es negativa, la dirección será la misma que la del roce de un objeto contra otro.

Entonces estaba pensando que la energía cinética aumentará porque la velocidad $v$ aumentará. En este caso, obtendrás más energía como salida de la que realmente pones. Según la primera ley de la termodinámica, no puedes obtener más de lo que pones. Así que no es posible.

¿Estoy en lo cierto? ¿Y hay algo más que decir

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@CarlWitthoft Estos artículos son sobre el coeficiente de fricción negativo, no sobre la fricción que actúa en la misma dirección que la fuerza aplicada.

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@Kartik Ahí no te sigo: el rozamiento que actúa para amplificar una fuerza aplicada equivaldría a un coeficiente negativo.

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Kartik Puntos 354

El signo de fricción depende de nuestra elección de eje. Si elijo el lado derecho para que sea positivo y empujo un objeto a la derecha, entonces la fricción actuará a la izquierda y así la fricción será negativa. Pero la magnitud de la fricción es siempre positiva. Es positiva por definición. La magnitud de cualquier fuerza (o cualquier vector) es positiva.

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En su pregunta quiso decir que la fricción actúa en la misma dirección que la fuerza aplicada/dirección del movimiento inminente. Eso no puede suceder. Esto se debe a que la fricción es una fuerza opuesta que siempre actúa en sentido contrario a la fuerza aplicada. Actúa de forma opuesta a la fuerza aplicada porque cuando aplicamos una fuerza, las fuerzas electromagnéticas entre las superficies en contacto se atraen entre sí y se oponen a la fuerza aplicada.

La razón de la fuerza de fricción es opuesta al movimiento relativo de los objetos. Cuando dos superficies están en contacto, hay muchas irregularidades en la superficie. El área real en contacto es mucho más pequeña de lo que parece. Donde las superficies se unen, las moléculas de la superficie se atraen entre sí [Esto se debe a varias fuerzas intermoleculares, como la interacción dipolo-dipolo, las fuerzas de Van Der Vaals, el enlace de hidrógeno, etc]. Así que cuando una superficie intenta seguir adelante, las fuerzas de atracción lo impiden hasta cierto punto, y eso es lo que vemos como fricción. Si una superficie trata de moverse hacia la izquierda, las fuerzas de atracción tratan de mantenerla en el mismo lugar, y podemos verlo a nivel macroscópico como fricción actuando hacia la derecha. Así que la fricción es siempre opuesta al movimiento de los objetos.

Puede obtener más detalles sobre el origen de la fricción en el artículo de wikipedia sobre la fricción .

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Sí, tienes razón, pero ¿qué pasa si la fuerza aplicada y la fricción actúan en la misma dirección? ¿Por qué no es posible? Tiene que haber una razón, y acabo de intentar explicarla en mi presentación.

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@Kartik Hola. ¿Puedo preguntar qué ocurre exactamente a nivel atómico? ¿Las partículas aplican fuerzas opuestas entre sí (cuerpo y superficie) debido a los electrones, que tienen carga opuesta? ¿Podríamos decir que lo mismo podría ocurrir con las fuerzas de atracción(habría un rozamiento positivo pero ahora por atracción)? Gracias.

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@AzizSoldado El rozamiento siempre trata de oponerse al movimiento relativo de las dos superficies en contacto. Por eso no puede estar actuando en la misma dirección. Añadiré la razón a mi respuesta.

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lfx Puntos 892

Tiene razón. La respuesta de Kartik también es correcta, pero no ha respondido directamente a su pregunta (bueno, para ser justos, presupone una completa reescritura de las leyes de la física). Un coeficiente de fricción positivo se opone a la dirección de la fuerza aplicada, reduciendo o impidiendo el movimiento. En un objeto estacionario, la fuerza se denomina fricción estática, y en un cuerpo deslizante es fricción deslizante. La fricción estática es normalmente mayor que la fricción de deslizamiento, y hasta que la fuerza aplicada sea mayor que la fricción estática el objeto no se moverá en absoluto.

Si el coeficiente de fricción fuera negativo, aumentaría la fuerza lateral total, y no habría nada que impidiera el movimiento. No sólo eso, sino que tan pronto como comenzara el más mínimo movimiento, el objeto experimentaría una fuerza de aceleración constante proporcional a su peso. En ausencia de arrastre aerodinámico, el objeto aceleraría sin límite. Si se le da una pista lo suficientemente larga, alcanzaría velocidades relativistas.

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Maribelfish Puntos 1

La explicación anterior es generalmente correcta: normalmente sólo existe fricción positiva y la fuerza de fricción está siempre en la dirección opuesta a la dirección del movimiento. Sin embargo, esa explicación considera sólo los coeficientes positivos de fricción. Recientemente (2013) se han realizado investigaciones con grafito que demuestran un coeficiente de fricción negativo. Este experimento consistió en que la punta de un microscopio de fuerza atómica de diamante (AFM) realizaba mediciones de fuerza en el grafito a granel. Los investigadores encontraron que las fuerzas de fricción entre el diamante y el grafito aumentaban con la disminución de la carga (pendiente negativa en un gráfico de Fuerza vs. Carga, que creo que puede ser una respuesta a la pregunta planteada), descubriendo el primer ejemplo de un coeficiente de fricción negativo. El enlace a una publicación en Nano Letters está aquí:

http://www.nature.com/nmat/journal/v12/n6/full/nmat3656.html

Como sabemos, F_f=mu*F_N, donde mu es el coeficiente de fricción. Si mu es negativo, también lo es la fuerza de fricción F_f.

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Este es el enlace que Carl proporciona en el primer comentario del post que luego se comentó como una comprensión incorrecta del mismo. OP quiere una situación en la que la fuerza de fricción está en el dirección de movimiento (en lugar de frente a que normalmente utilizamos para ello).

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Por la pregunta, parece que el OP está cuestionando lo que significaría físicamente una fuerza de fricción negativa (con respecto al sistema de coordenadas). Ellos interpretan esto como una fuerza de fricción en la dirección del movimiento y preguntan si esto es correcto. Yo estoy diciendo que esta no es una forma físicamente correcta de pensar en ello y proporcionando un ejemplo del mundo real de cómo se podría obtener una fuerza de fricción negativa - con un coeficiente de fricción negativo. Voy a editar en consecuencia.

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Mark F Guerra Puntos 494

La fricción como fuerza es una cantidad vectorial. Tiene una magnitud y una dirección. La magnitud nunca puede ser negativa. Después de definir un sistema de coordenadas, un vector de fricción puede tener componentes negativas. Meribelfish señala que el coeficiente de fricción puede ser negativo, pero eso no afecta a la dirección de las componentes. Observa también que cuando un coche está acelerando, la fuerza de fricción estática de la carretera está en la misma dirección que la aceleración.

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