Colegio El Valle Sanchinarro

Dpto. Ciencias Asignatura: CCNN 4º ESO

FichaFuerzas de rozamiento

Revisado:19/05/2023

Páginas: 1/3

FUERZAS DE ROZAMIENTOIntroducción al rozamiento

No podríamos hacer absolutamente nada si no existiera rozamiento: todo se deslizaría en nuestras manos y nosotros nos deslizaríamos sobre todo; ni caminar, ni un clavo o un tornillo se mantendrían en la madera. Así de importante y vital es el rozamiento. No obstante, en algunas situaciones se intenta evitar para facilitar ciertas actividades: en industria, el rozamiento entre piezas las desgasta y esto supone un gasto enorme: desde el aceite lubricante para que las piezas del motor no se desgasten ni se encajen (se “gripen”) hasta el ocio del patinaje pasando por una cerradura que no abre y debe lubricarse con grafito en polvo, son muestran el fenómeno del rozamiento.

Origen, causa de las fuerzas de rozamiento: el contacto y las interacciones entre la materia.Cuando un cuerpo se coloca junto a otro, sencillamente por estar en contacto, las

superficies se acomodan, se “enganchan” en mayor o menor medida según las irregularidades de ambas superficies. En última instancia, esto se debe a las fuerzas de atracción entre las moléculas y átomos que forman ambas superficies. Son atracciones de tipo electromagnético (debidas a las interacciones entre las nubes electrónicas de las moléculas) y de corto alcance, es decir, cuando las superficies se encuentran separadas a distancias del orden de diámetros atómicos (nanometros), estas F son ya tan pequeñas, que se desprecian, como si fueran nulas.

Sección de superficie de acero pulido aumentada para mostrar sus irregularidades, con una altura media de 5·10-5cm=0,5μm

Unos cuantos átomos de oro (esferas blancas) quedan adheridos a una punta fina de níquel tras haber estado en contacto. Simulación a ordenador

Área microscópica de contacto entresuelo y bloque. “Se tocan las puntas”. Modelo dibujado.

Las F de rozamiento no solo ocurren entre cuerpos sólidos, también afectan a fluidos, sean líquidos o gases. Así, cualquier fluido, por ejemplo aire o aceite, se acomoda a las irregularidades del sólido e interacciona con él, pudiéndolo “mojar” más o menos, según se adhiera.

No existe1, y es imposible que, estando en contacto, dos cuerpos no se “encajen” en cierto modo, de manera que al separarlos o al deslizar uno sobre otro se produzca rozamiento. Por mucho que nos esforcemos en pulir superficies, a escala atómica siguen siendo muy rugosas.

Una manera de entender esta idea de rozamiento cero es imposible, es partir de un cuerpo, por ejemplo un pedazo de madera, haciéndolo deslizar después, en una secuencia de superficies de mayor a menor irregularidad, es decir, sobre superficies más pulidas cada vez.

INTERPRETACIÓN

1 Actualmente existe un modo de evitar el rozamiento basado en la superconductividad que da lugar a la “levitación magnética”. La superconductividad es un fenómeno explicado y entendido con la mecánica cuántica. Se puede conseguir con distintos materiales y métodos, pero es muy caro. Sin embargo, hacia 1985 se descubrió un modo más accesible que consiste en la capacidad de ciertos cuerpos cerámicos, por ejemplo el itrio, el bario o el óxido de cobre, en perder toda su resistencia al paso de los electrones cuando se encuentran a T muy bajas, del orden de la temperatura a la que el N2 se encuentra líquido, unos -200ºC. Realmente se crea un estado de agregación de la materia nuevo, en que toda la resistencia al paso de los electrones desaparece, y el material es capaz de provocar en otros materiales campos magnéticos muy fuertes. Se consigue que las fuerzas del campo magnético compensen el peso del material que se coloca encima, dando la apariencia de ingravidez, es el efecto Meissner.

Colegio El Valle Sanchinarro

Dpto. Ciencias Asignatura: CCNN 4º ESO

FichaFuerzas de rozamiento

Revisado:19/05/2023

Páginas: 2/3

El rozamiento se pone de manifiesto con el movimiento, concretamente oponiéndose a él.La causa del movimiento es la F, por tanto es lógico relacionar rozamiento con una fuerza, y

hablar de fuerzas de rozamiento. Diremos, por tanto, que las F de rozamiento se oponen al movimiento.

¿De qué depende el valor de la fuerza de rozamiento? Intuitivamente pensamos que es función de la masa del objeto y de la interacción entre las superficies de los objetos en contacto.: Fμ=f(m, ). Intuimos también que no es lo mismo el rozamiento si partimos del reposo que si yaμ nos encontramos en movimiento, y también que no es lo mismo arrastrar que rodar.

Interacción entre superficiesLa interacción que se establece entre dos cuerpos depende de dos factores:

1) De la cantidad de superficie con la que se toquen: a mayor superficie más rozamiento. 2) De la magnitud de las interacciones entre ambas superficies, que en última instancia es función de su composición y estructura químicas.

1) Imaginemos una superficie rugosa, por ejemplo una carretera, o una superficie al “gotelé”, sobre la que colocamos una plancha de esponja de 5cm de altura. A medida que vamos colocando masa encima, vamos aplastando la esponja y su materia se va acomodando más y más a la superficie de la carretera y al gotelé. Por tanto, la superficie depende de la masa, es decir, del peso.

2) Podemos pegar un papel a la pared con una sustancia que interacciona tanto con papel y pared que la llamamos pegamento o bien empujar un papel contra la pared y esperar qué pasa.

Fuerzas de rozamiento y el 2º principio de la dinámicaCálculo de las fuerzas de rozamiento

Las fuerzas de rozamiento dependen de la masa del cuerpo que se mueve, y por tanto de su peso. Pero el solo implicaría una fuerza, la que ejerce el objeto sobre la superficie del otro debido a la atracción gravitaroria, y la realidad (establecida en física según el 3º principio de acción y reacción de la dinámica) es que ambos ejercen fuerzas recíprocas: al peso se opone la fuerza, en este caso llamada normal, y la normal surge de la interacción entre los cuerpos, y más concretamente entre sus superficies. Por tanto es correcto relacionar las fuerzas normales con las fuerzas de rozamiento. Por tanto, si calculamos las fuerzas de rozamiento a partir de la normal, (

) quedarán implícitas, o englobadas, ambas fuerzas: N y P, y ambas son las que intervienen en el rozamiento, luego definitivamente Fn se relaciona con la normal.

Además de los razonamientos teóricos anteriores, cuando calculamos a partir de la normal la fuerza de rozamiento, la matemática confirma nuestros razonamientos, pues aparece un signo menos justo donde nos dicta nuestra lógica, de manera que la fuerza de rozamiento se opone a la fuerza que provoca el movimiento.

Así, la fuerza de rozamiento depende de y por supuesto de un valor que relaciona las superficies en contacto, y al que llamamos coeficiente de rozamiento. Su símbolo es la letra griega “mu”, μ, por ello la F de rozamiento se suele simbolizar con Fμ. (Según lo visto en el punto anterior, habrá tres tipos de coeficiente de rozamiento: el estático, el cinético y el de rodadura.)

Por tanto: , en concreto: , y sabiendo que

, podremos hallar la fuerza de rozamiento con la siguiente expresión:

Colegio El Valle Sanchinarro

Dpto. Ciencias Asignatura: CCNN 4º ESO

FichaFuerzas de rozamiento

Revisado:19/05/2023

Páginas: 3/3

Una vez conocido el valor de la fuerza de rozamiento, lo integramos con el resto de fuerzas

empleando la expresión matemática del segundo principio de la dinámica o principio de

aceleración:, expresión que se transforma en la siguiente

, con la que podemos hallar la aceleración del movimiento.

RepresentaciónLas fuerzas se representan con vectores, y así también se

representarán las de rozamiento. La Fr que se establece entre dos cuerpos cuyas superficies están en contacto se representa con un vector cuya dirección es paralela a la superficie de contacto, de sentido contrario al movimiento (debido a la fuerza resultante) y aplicado en el centro de gravedad del cuerpo. A la hora de operar, el sistema es equivalente a colocar todas las fuerzas en un punto de referencia, el centro de gravedad del sistema material.

El coeficiente de rozamientoEl μ es una constante para dos superficies dadas. Es adimensional, es decir, no tiene unidades. Algunos valores (aproximados) de μ estático y μ cinético para familiarizarnos con el rozamiento.

Material 1 sobre Material 2 μe μc

acero acero 0,7 0,6latón acero 0,5 0,4cobre hierro fundido 1,1 0,3vidrio vidrio 0,9 0,4

Material 1 sobre Material 2 μe μc

teflón teflón 0,04 0,04teflón acero 0,04 0,04

caucho hormigón seco 1,0 0,8caucho hormigón húmedo 0,30 0,25

esquí encerado nieve a 0ºC 0,1 0,05En cuanto al movimiento, los cuerpos en contacto pueden encontrarse de tres modos: en reposo o en movimiento, ya sea deslizamiento o rodadura, de ahí que se definan tres tipos de rozamiento: rozamiento estático, cinético y de rodadura. No es lo mismo deslizar 2 superficies en reposo que dos superficies ya en movimiento; no es lo mismo arrastrar un cuerpo o hacerlo rodar.