Mecanismos-friccion

Síntesis de Mecanismos y Máquinas

CAPÍTULO III - SÍNTESIS DE MECANISMOS
DE FRICCIÓN Y ADHERENCIA
III.1 - ROZAMIENTO EN PLANO HORIZONTAL
Realizando el experimento sencillo de empujar a un bloque sobre una
superficie horizontal sin lubricación (rozamiento seco) por medio de una fuerza
"P", figura (III-1), se observa que hasta que la fuerza no adquiere un
determinado valor, el bloque no sedesplaza. Este valor límite de "P" depende
del estado de las superficies, de los materiales en contacto y del peso del
bloque.
Estudiando el equilibrio de fuerzas en el bloque se tiene que en la
superficie de contacto aparecerá una fuerza normal "N" que equilibrará al peso
"W" del bloque y una fuerza "Fr" que equilibrará a la fuerza "P" hasta que ésta
adquiera un determinado valor. A partirde este momento, si la fuerza de empuje
aumenta, el bloque empezará a deslizar acelerándose.
Si una vez iniciado el deslizamiento, se reduce el valor de la fuerza de
empuje para evitar la aceleración del bloque se observa que el valor de "P" para
mantener el deslizamiento del bloque es menor que para iniciar dicho
deslizamiento.

Fig. III-1 Relación entre la fuerza de empuje y la derozamiento

Realizando el experimento para diferentes pesos del bloque y para
diferentes áreas de la superficie de contacto se observa que, para unos mismos
materiales y unos acabados superficiales iguales, existe proporcionalidad entre
la fuerza de rozamiento "Fr" y la normal "N" en el punto de deslizamiento

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inminente, siendo el coeficiente deproporcionalidad el coeficiente de
rozamiento estático
µs =

Fr
N

(III-1)

También existe proporcionalidad entre la fuerza de rozamiento y la
normal para un deslizamiento a velocidad constante, siendo este coeficiente el
coeficiente de rozamiento dinámico
µk =

Fr
N

(III-2)

El coeficiente de rozamiento dinámico es aproximadamente un 80% del
coeficiente de rozamiento estático.Estudiando el equilibrio de momentos en el bloque se tiene que,
conforme aumenta el valor de la fuerza de empuje "P" va aumentando el
descentramiento del punto de aplicación de la normal "N", figura (III-2). Si se
halla la resultante "R" de la normal "N" y de la fuerza de rozamiento "Fr",
resulta que la resultante forma un ángulo con la normal " θ ". Este ángulo
también aumenta al ir aumentandoel valor de la fuerza de empuje hasta llegar al
punto de deslizamiento inminente, punto en el que adquiere el valor de " θ s ".

Fig. III-2 Descentramiento de la normal respecto del peso del bloque

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La relación entre la fuerza de rozamiento "Fr" y la normal "N" también se
puede expresar como:
Fr = N·tg θ

(III-3)

En el punto dedeslizamiento inminente la fuerza de rozamiento "Fr" será
máxima y tendrá el valor de
Fr máx = N·tg θ s

(III-4)

De la ecuación (III-4) se desprende que el coeficiente de rozamiento
estático será:
µ s = tg θ s

(III-5)

Realizando el mismo razonamiento cuando el bloque se desliza a
velocidad constante, se tendrá que el ángulo que forma la resultante será " θ k " y
la relación entre la fuerza derozamiento y la normal será:
Fr = N·tg θ k

(III-6)

Resultando que:
µ k = tg θ k

(III-7)

De la figura (III-2), y como conclusión, se desprende que al ir
aumentando el valor de la fuerza de empuje "P" va aumentando el ángulo " θ " y
se darán los casos siguientes:
-

θ=0

Si no se aplica fuerza de empuje.

-

θ < θs

No desliza.

-

θ = θs

Deslizamiento inminente.-

θ > θs

No es posible ya que el bloque desliza acelerándose.

-

θ = θk

Una vez iniciado el deslizamiento.

-

Si al descentrarse "N" queda fuera de la base

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Vuelco.

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III.2 - ROZAMIENTO EN PLANO INCLINADO
Colocando un bloque sin lubricación sobre un plano inclinado con un
ángulo " θ " respecto de la horizontal, figura...