Friccion

INTRODUCCION

En los capítulos anteriores, se supuso que las superficies en contacto eran Superficies sin fricción o superficies rugosas. Si éstas eran superficies sin fricción, la fuerza que cada una de las superficies ejercía sobre la otra era normal a las superficies y las dos se podían mover libremente una con respecto de la otra. Si estas eran superficies rugosas, se supuso que se podíanpresentar fuerzas tangenciales para impedir el movimiento de una superficie con respecto de la otra.

Éste fue un punto de vista muy simplificado. En realidad, no existen superficies sin fricción perfectas. Cuando dos superficies están en contacto, siempre se presentan fuerzas tangenciales, llamadas fuerzas de fricción, cuando se trata de mover una de las superficies con respecto de la otra. Porotra parte, estas fuerzas de fricción están limitadas en magnitud y no impedirán el movimiento si se aplican fuerzas lo suficientemente grandes. Por lo tanto, la distinción entre superficies sin fricción y superficies rugosas es una cuestión de grado. Esto se verá mas claramente en el presente capitulo, el cual esta dedicado al estudio de la fricción y a sus aplicaciones en situaciones ingenierilescomunes.

Existen dos tipos de fricción: fricción seca que algunas veces se denomina como fricción de coulomb y fricción de fluidos. La fricción en fluidos se desarrolla entre capas de fluidos que se mueven a diferentes velocidades. La fricción en fluidos es de gran importancia en problemas que involucran el flujo de fluidos a través de tuberías y orificios o cuando se están trabajando concuerpos que esta sumergidos en fluidos que están en movimiento. Además, la fricción en fluidos también es básica en el análisis del movimiento de mecanismos lubricados. Este tipo de problemas se consideran en los libros sobre mecánica de fluidos. El presente estudio esta limitado a la fricción seca, esto es, a problemas que involucran cuerpos rígidos que están en contacto a lo largo de superficies queno están lubricadas.

FRICCIÓN SECA

Las leyes de la fricción seca se pueden ejemplificar por medio del siguiente experimento. Un bloque de peso W se coloca sobre una superficie horizontal plana. Las fuerzas que actúan sobre el bloque son su peso W y la reacción de la superficie. Como el peso no tiene una componente horizontal, la reacción de la superficie tampoco tiene una superficiehorizontal; por lo tanto, la reacción es normal a la superficie y esta representada por N.

Ahora, supóngase que se le aplica sobre el bloque una fuerza horizontal P. Si P es pequeña, el bloque no se moverá; por lo tanto, debe existir alguna otra fuerza horizontal, la cual equilibra a P. Esta otra fuerza es la fuerza de fricción estática F, la cual es en realidad la resultante de un gran numero de fuerzasque actúan sobre toda la superficie de contacto entre el bloque y el plano.

No se conoce con exactitud la naturaleza de estas fuerzas, pero generalmente se supone que las mismas se deben a irregularidades de las superficies en contacto y, en cierta medida, a la atracción molecular. Si se incrementa la fuerza P, también se incrementa la fuerza de fricción F, la cual continua oponiéndose a P,hasta que su magnitud alcanza un cierto valor máximo Fm. Si P se incrementa aun mas, la fuerza de fricción ya no la puede equilibrar y el bloque comienza deslizarse.

Tan pronto comienza a moverse el bloque, la magnitud de F disminuye de Fm a un valor menor Fk. Lo anterior se debe a que existe una menor interpenetración entre las irregularidades de la superficie en contacto cuando dichas superficiesse mueven una con respecto de la otra. A partir del momento en el que el bloque comienza a moverse, este continua deslizándose con una velocidad que va aumentando mientras que la fuerza de fricción, representada por Fk y denominada fuerza de fricción cinética, permanece aproximadamente constante.

La evidencia experimental muestra que el máximo valor de Fm de la fuerza de fricción estática es...