Cualquier contacto entre dos cuerpos produce una fuerza de fricción. En este caso, no importa en qué estado agregado de la materia se encuentren los cuerpos, si se mueven entre sí o si están en reposo. En este artículo, consideraremos brevemente qué tipos de fricción existen en la naturaleza y la tecnología.
Fricción de descanso
Para muchos, puede ser una idea extraña que la fricción de los cuerpos exista incluso cuando están en reposo entre sí. Además, esta fuerza de fricción es la fuerza más grande entre otros tipos. Se manifiesta cuando intentamos mover cualquier objeto. Puede ser un bloque de madera, una piedra o incluso una rueda.
La razón de la existencia de la fuerza de fricción estática es la presencia de irregularidades en las superficies de contacto, que interactúan mecánicamente entre sí según el principio pico-valle.
La fuerza de fricción estática se calcula con la siguiente fórmula:
Ft1=µtN
Aquí N es la reacción del soporte con el que la superficie actúa sobre el cuerpo a lo largo de la normal. El parámetro µt es el coeficiente de fricción. Depende deel material de las superficies de contacto, la calidad del procesamiento de estas superficies, su temperatura y algunos otros factores.
La fórmula escrita muestra que la fuerza de fricción estática no depende del área de contacto. La expresión para Ft1 le permite calcular la llamada fuerza máxima. En varios casos prácticos, Ft1 no es el máximo. Siempre es igual en magnitud a la fuerza externa que busca sacar al cuerpo del reposo.
La fricción del descanso juega un papel importante en la vida. Gracias a esto, podemos desplazarnos por el suelo, empujándonos con las plantas de los pies, sin resbalar. Los cuerpos que se encuentran en planos inclinados hacia el horizonte no resbalan debido a la fuerza Ft1.
Fricción durante el deslizamiento
Otro tipo importante de fricción para una persona se manifiesta cuando un cuerpo se desliza sobre la superficie de otro. Esta fricción surge por la misma razón física que la fricción estática. Además, su fuerza se calcula usando una fórmula similar.
Ft2=µkN
La única diferencia con la fórmula anterior es el uso de diferentes coeficientes de fricción por deslizamiento µk. Los coeficientes µk son siempre menores que los parámetros similares de fricción estática para el mismo par de superficies de fricción. En la práctica, este hecho se manifiesta de la siguiente manera: un aumento gradual de la fuerza externa conduce a un aumento del valor de Ft1 hasta alcanzar su valor máximo. Después de eso ellacae bruscamente en varias decenas de porcentaje hasta el valor Ft2 y se mantiene constante durante el movimiento del cuerpo.
El coeficiente µk depende de los mismos factores que el parámetro µt para la fricción estática. La fuerza de fricción por deslizamiento Ft2 prácticamente no depende de la velocidad de movimiento de los cuerpos. Solo a altas velocidades se nota una disminución.
La importancia de la fricción deslizante para la vida humana se puede ver en ejemplos como el esquí o el patinaje. En estos casos, el coeficiente µk se reduce modificando las superficies de fricción. Por el contrario, rociar caminos con sal y arena tiene como objetivo aumentar los valores de los coeficientes µk y µt.
Fricción de rodadura
Este es uno de los tipos de fricción importantes para el funcionamiento de la tecnología moderna. Está presente durante la rotación de los rodamientos y el movimiento de las ruedas de los vehículos. A diferencia de la fricción por deslizamiento y reposo, la fricción por rodadura se debe a la deformación de la rueda durante el movimiento. Esta deformación, que ocurre en la región elástica, disipa energía como resultado de la histéresis, manifestándose como una fuerza de fricción durante el movimiento.
El cálculo de la fuerza máxima de fricción de rodadura se realiza según la fórmula:
Ft3=d/RN
Es decir, la fuerza Ft3, como las fuerzas Ft1 y Ft2, es directamente proporcional a la reacción del soporte. Sin embargo, también depende de la dureza de los materiales en contacto y del radio de la rueda R. El valord se denomina coeficiente de resistencia a la rodadura. A diferencia de los coeficientes µk y µt, d tiene la dimensión de longitud.
Como regla general, la relación adimensional d/R resulta ser 1-2 órdenes de magnitud menor que el valor µk. Esto significa que el movimiento de los cuerpos con la ayuda de la rodadura es mucho más favorable energéticamente que con la ayuda del deslizamiento. Es por eso que la fricción por rodadura se utiliza en todas las superficies de fricción de los mecanismos y máquinas.
Ángulo de fricción
Los tres tipos de manifestaciones de fricción descritas anteriormente se caracterizan por una cierta fuerza de fricción Ft, que es directamente proporcional a N. Ambas fuerzas están dirigidas en ángulos rectos entre sí. El ángulo que forma su suma vectorial con la normal a la superficie se llama ángulo de rozamiento. Para entender su importancia, usemos esta definición y escribámosla en forma matemática, obtenemos:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Así, la tangente del ángulo de fricción θ es igual al coeficiente de fricción k para un tipo de fuerza dado. Esto significa que cuanto mayor sea el ángulo θ, mayor será la propia fuerza de fricción.
Fricción en líquidos y gases
Cuando un cuerpo sólido se mueve en un medio gaseoso o líquido, choca constantemente con partículas de este medio. Estos choques, acompañados de una pérdida de velocidad del cuerpo rígido, son la causa de la fricción en las sustancias fluidas.
Este tipo de fricción depende en gran medida de la velocidad. Entonces, a velocidades relativamente bajas, la fuerza de fricciónresulta ser directamente proporcional a la velocidad de movimiento v, mientras que a altas velocidades estamos hablando de proporcionalidad v2.
Hay muchos ejemplos de esta fricción, desde el movimiento de botes y barcos hasta el vuelo de aviones.
