Trabajo de mecánica del cuerpo rígido

Introducción

Las superficies en contacto eran superficies sin fricción o superficies rugosas. Si estas 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 de manera libre una respecto a la otra. Si estas eran superficies rugosas, se supuso que se podían presentar fuerzas tangenciales para impedirel movimiento de una superficie con respecto a la otra.

En realidad no existen superficies sin fricción perfectas. Cuando dos superficies están en contacto, siempre se presenta fuerzas tangenciales, llamadas fuerzas de fricción. Por otra parte, estas fuerzas de fricción están limitadas en magnitud y no impide rían el movimiento si se aplican fuerzas lo suficientemente grandes. Por lo tanto ladistinción entre superficies sin fricción y superficies rugosas es una cuestión de grado. Esto se estudiaría con más detalle en el presente capitulo, el cual está dedicado al estudio de la fricción y a su aplicación en situaciones de ingeniería comunes.

Existen dos tipos de fricciones: fricción seca que algunas veces llamada fricción de Coulomb y la fricción de fluidos se desarrollanentre capas de fluidos que se mueven a diferentes velocidades y de gran importancia que involucran el flujo de fluidos a través de tuberías y orificios o cuando se trabajan con cuerpos que están sumergidos en fluidos en movimiento, además la fricción de fluidos también es básica en el análisis del movimiento de mecanismos lubricantes.

En la primera parte del capítulo se analiza el equilibriode distintos cuerpos rígidos y estructuras de fricción seca en las superficies que están en contacto. Más adelante se estudian ciertas aplicaciones de ingeniería específicas en las cuales la fricción se juega un papel importante: cuñas tornillos de rosca cuadrada, chumaceras, cojinetes de empuje, resistencia a la rodadura y fricción en bandas.

Rozamiento o fricción

Concepto: existen dostipos de fricción la fricción seca que algunas veces es llamada fricción de Coulomb, y la fricción de fluidos. La fricción de fluidos se desarrolla entre capas de fluido que se mueven a diferentes velocidades, y es de gran importancia de problemas que se involucran el flujo de fluidos a través de tuberías y orificios o cuando se trabaja con cuerpos que están sumergidos en fluidos en movimiento.Además la fricción en fluidos también es básica en el análisis del movimiento de mecanismos lubricados.

Leyes de fricción seca:

Las leyes de fricción seca se pueden ejemplificar mediante el siguiente experimento. Un bloque de peso W se coloca sobre una superficie horizontal plana (figura “a”).Las fuerzas que actúan sobre el bloque son su peso W y la reacción de la superficie. Como el pesono tiene una componente horizontal, la reacción de la superficie tampoco la tiene, por tanto la reacción es normal a la superficie y está representada por N en la figura “a”. Ahora suponga que se aplica sobre el bloque una fuerza horizontal P (figura “b”). Si P es pequeña el bloque no se moverá por tanto, debe existir otra fuerza horizontal que equilibre a P. esta otra fuerza es la fuerza defricción estática F la cual es la resultante de diversas fuerzas que 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 lafuerza de fricción F, la cual contiene oponiéndose a P hasta que su magnitud alcanza un cierto calor máximo Fm (figura “c”)

Si P se incremente aún más, la fuerza de fricción ya no lo puede equilibrar y el bloque comienza a deslizarse. En cuando empieza a moverse, la magnitud de F disminuye Fm a un valor menor Fk. Lo anterior se debe a que existe una menor interpretación entre irregularidades de...