Diferencia entre el ángulo de fricción y el ángulo de reposo

Diferencia principal: ángulo de fricción contra ángulo de reposo

El ángulo de fricción y el ángulo de reposo son dos ángulos que surgen en la ingeniería mecánica. El ángulo de reposo también tiene un uso en la mecánica del suelo. los diferencia principal entre el ángulo de fricción y el ángulo de reposo es que la El ángulo de fricción se define como el ángulo entre la fuerza de reacción normal y la fuerza resultante de fuerza de reacción normal y fricción cuando un objeto comienza a moverse, mientras que El ángulo de reposo se define como el ángulo mínimo de un plano inclinado lo que hace que un objeto se deslice hacia abajo del plano. Más adelante veremos que estas dos definiciones son equivalentes..

¿Qué es el ángulo de fricción?

El ángulo de fricción se define como el ángulo formado entre la fuerza de reacción normal y la fuerza resultante de la fuerza de reacción normal y la fricción. Primero exploremos esta definición e intentemos expresar el ángulo de fricción en términos de una fórmula.

Definición del ángulo de fricción.

El diagrama de arriba muestra un bloque que se tira contra una superficie rugosa. Si la fuerza es pequeña, la fricción estática () entre las superficies evitaría que el bloque se mueva. Si aumentas lentamente el tirón,  también aumentaría, equilibrando las fuerzas horizontales y aún evitando que el bloque se mueva. Sin embargo, en un momento dado, el bloque sólo empezar a moverse. En este punto, la fricción estática ha alcanzado el límite superior, y podemos describir esta fricción máxima como  dónde  Es el coeficiente de fricción y  es la fuerza de reacción normal.

El diagrama vectorial de la derecha muestra la suma de  y . De la definición que teníamos arriba,  Es el ángulo de fricción. Usando trigonometría, podemos expresar este ángulo.  como . es decir, el ángulo de fricción entre dos superficies es igual a la tangente inversa del coeficiente de fricción entre esas dos superficies.

¿Qué es el ángulo de reposo?

El ángulo de reposo es el ángulo máximo que una superficie puede inclinarse con respecto a la horizontal, de manera que un objeto sobre ella es sólo capaz de permanecer en la superficie sin que se deslice hacia abajo. Nuevamente, veamos primero el diagrama de la situación..

Definiendo el ángulo de reposo

Cuando el objeto es sólo a punto de moverse, el tamaño de la fricción viene dado por . El objeto también está en equilibrio (el objeto está a punto de muévete, ¡pero aún no se está moviendo!) así que tomando las fuerzas que actúan a lo largo del avión, podemos decir,

.

Resolviendo fuerzas perpendiculares al plano, tenemos,

Ahora, tomamos la proporción de estas expresiones: 

.

Usando la identidad trigonométrica , y anulando factores comunes. obtenemos . Entonces, obtenemos:

Para ángulo de fricción. , tuvimos y vemos que esta es la misma expresión que obtenemos para el ángulo de reposo también. Por lo tanto, El ángulo de fricción es igual al ángulo de reposo..

En la mecánica del suelo, el ángulo de reposo se refiere al ángulo más bajo de una pila de suelo que hace que las partículas del suelo comiencen a caer. Los hormigueros usan este ángulo cuando construyen sus trampas (ver más abajo):

Los hormigueros hacen estas trampas de arena para atrapar hormigas y otros pequeños insectos. Los lados de estas trampas están en el ángulo de reposo. Cuando las hormigas se adentran en el pozo, la perturbación hace que la arena comience a rodar hacia abajo, lo que dificulta que la hormiga se escape. Entonces el antlion, que se había estado escondiendo en el fondo de la trampa, sale y atrapa a la hormiga..

Diferencia entre el ángulo de fricción y el ángulo de reposo

Esencialmente, el ángulo de reposo y el ángulo de fricción son los mismos, dados por la tangente inversa del coeficiente de fricción entre dos superficies. Su diferencia radica en la forma en que se describen..

Descripción

Ángulo de Fricción es el ángulo formado entre la fuerza de reacción normal y la fuerza resultante entre la fricción y la fuerza de reacción normal, cuando un objeto sólo comienza a moverse a lo largo de la superficie.

Angulo de reposo es el ángulo más bajo de una inclinación donde un objeto sobre él comenzará a deslizarse hacia abajo.

Donde aplique la descripción

La definición de ángulo de fricción Se puede aplicar a cualquier tipo de superficie..

La definición de Angulo de reposo Solo se puede utilizar cuando hay una superficie inclinada..

Referencias

Bansal, R. K. (2002). Un libro de texto de mecánica de ingeniería. Nueva Delhi: Publicaciones Laxmi.

Imagen de cortesía

“Trampas de arena de las hormigas 2” de Michal Maňas (Trabajo propio) [CC BY-SA 2.0], a través de flickr