El fenómeno de la fricción en la vida humana juega un papel tanto positivo como negativo. Por un lado, sin su presencia, el movimiento sería imposible, por otro lado, debido a la fricción, se producen enormes pérdidas de energía y materiales de trabajo. En el artículo, consideraremos desde el punto de vista de la física qué es la fricción y cómo encontrar el coeficiente de fricción.
Fenómeno de fricción
La fricción es un fenómeno de contacto que se produce en la zona de contacto entre diferentes cuerpos, y que contrarresta cualquiera de sus movimientos mutuos.
En la mecánica del movimiento de los sólidos se distinguen tres tipos de fricción:
- actuando en reposo;
- actuar mientras se deslizan superficies unas sobre otras;
- causado por cuerpos rodantes.
La fricción de reposo ocurre cuando aplicamos una fuerza tangencial externa a una superficie de un cuerpo para moverlo. Un ejemplo llamativo de la fricción por deslizamiento es el deslizamiento de los esquís sobre la nieve. Finalmente, la fricción durante la rodadura.se manifiesta cuando la rueda del vehículo está rodando por la carretera.
Fórmula para determinar la fuerza de fricción
En física, los tipos de fricción enumerados se describen mediante la misma fórmula al calcular las fuerzas actuantes. Esta fórmula se ve así:
Ft=µN.
La fuerza de fricción Ft es igual al producto del coeficiente de fricción µ y la reacción en el apoyo N. Al considerar el tipo de fricción correspondiente, solo el valor del coeficiente µ, que es una cantidad adimensional, cambia.
En el caso de fuerzas de fricción estáticas y deslizantes, el valor de µ es aproximadamente décimas de unidad. µ depende de los materiales en contacto, de la rugosidad de su superficie, y no depende del área de contacto ni de la velocidad de deslizamiento.
Para el rozamiento por rodadura, el coeficiente µ (generalmente denominado CR) depende de las características de elasticidad del cuerpo rodante, de su dureza, del radio de rodadura y de otros factores Para la mayoría de los materiales, este factor de rodadura está en centésimas y milésimas de unidad.
Dado que hay muchos factores que afectan el valor de µ, no existe una fórmula matemática definida para su cálculo. Respondiendo a la pregunta de cómo encontrar el coeficiente de fricción, se debe decir que se mide experimentalmente.
Determinación del coeficiente µ
En este párrafo, consideraremos dos formas de determinación práctica del valor de µ usando el ejemplo del deslizamiento y la fricción en reposo.
La primera forma de responder a la pregunta de cómo encontrar el coeficiente de fricción,consiste en colocar una barra en un plano horizontal, a la que se le acopla un dinamómetro. La barra y el plano están hechos del par de materiales investigados, por ejemplo, vidrio y madera. Moviendo la barra uniformemente, sosteniendo el dinamómetro, puede determinar la fuerza de deslizamiento Ft. Conociendo la masa m de la barra, el coeficiente µ se calcula de la siguiente manera:
µ=Ft / (mg).
El segundo método es conveniente para determinar µ para la fricción estática. Para hacer esto, debe colocar una barra en un plano horizontal. Luego, un extremo del avión debe levantarse lentamente, inclinándolo en un cierto ángulo con respecto al horizonte. A cierto ángulo θ, la barra comenzará a deslizarse fuera de la superficie. Al medir este ángulo, el coeficiente de fricción µ se puede determinar a partir de la ecuación:
µ=tg(θ).
La medición de µ para la fricción de rodadura implica el uso de una configuración más sofisticada llamada péndulo inclinado. El cálculo de µ en este caso se realiza estudiando las ecuaciones de la dinámica del movimiento.
