INTRODUCCIÓN

Del latín frictĭo, fricción es la acción y efecto de friccionar (restregar, frotar mucho). Se conoce como fuerza de fricción a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre otra, o a la fuerza opuesta al inicio de un movimiento. La fricción, como fuerza, se origina por las imperfecciones entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones, que pueden ser microscópicas, generan un ángulo de rozamiento. Es posible distinguir entre la fricción estática, que es una resistencia que necesita ser superada para poner en movimiento un cuerpo respecto al otro con que se encuentra en contacto, y la fricción dinámica, que es la magnitud constante que se opone al movimiento cuando ésta ya se inició.Existen dos tipos 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 fluidos que se mueven a diferentes velocidades, y es de gran importancia en problemas que involucran el flujo de fluidos a través de tuberías y orificios o cuando se trabaja con cuerpo que están sumergidos en fluidos en movimiento. Demás, la fricción en fluidos también es básica en el análisis del movimiento de mecanismo lubricados.

FRICCIÓN

La fricción es una fuerza que resiste el movimiento de dos superficies en contacto que se deslizan relativamente entre sí. Esta fuerza actúa siempre tangencialmente a la superficie en los puntos de contacto y está en sentido opuesto al movimiento posible o existente entre las superficies.

TEORÍA DE LA FRICCIÓN SECA.

La teoría de la fricción seca puede explicarse si se consideran los efectos que ocasiona jalar horizontalmente un bloque de peso uniforme W que descansa sobre una superficie horizontal rugosa que es no rígida o deformable, figura 8-1a. Sin embargo, la parte superior del bloque se puede considerar rígida.Como se muestra en el diagrama de cuerpo libre del bloque, figura 8-1b, el piso ejerce una distribución dispar de fuerza normal ΔNn y de fuerza de fricción ΔFn a lo largo de la superficie de contacto. Por equilibrio, las fuerzas normales deben actuar hacia arriba para equilibrar el peso W del bloque, y las fuerzas de fricción deben actuar hacia la izquierda para evitar que la fuerza aplicada P mueva el bloque hacia la derecha. Un examen preciso de las superficies en contacto entre el piso y el bloque revela cómo se desarrollan esas fuerzas de fricción y normales, figura 8-1c. Puede verse que existen muchas irregularidades microscópicas entre las dos superficies y, como resultado, se desarrollan fuerzas reactivas ΔRn en cada uno de los puntos de contacto.* Co mo se muestra, cada fuerza reactiva contribuye con una componente de fricción ΔFn y con una componente normal ΔNn.

CARACTERÍSTICAS DE LA FRICCIÓN SECA.

Como resultado de experimentos que son pertinentes para el análisis anterior, podemos establecer las siguientes reglas aplicables a cuerpos sometidos a fricción seca.

• La fuerza de fricción actúa tangencialmente a las superficies de contacto en una dirección opuesta al movimiento o a la tendencia al movimiento de una superficie con respecto a otra.

• La fuerza de fricción estática máxima Fs que puede desarrollarse es independiente del área de contacto, siempre que la presión normal no sea ni muy baja ni muy grande para deformar o aplastar severamente las superficies de contacto de los cuerpos.

• Por lo general, la fuerza de fricción estática máxima es mayor que la fuerza de fricción cinética para cualquiera de las dos superficies de contacto. Sin embargo, si uno de los cuerpos se está moviendo a velocidad muy baja sobre la superficie de otro cuerpo, Fk se vuelve aproximadamente igual a Fs, es decir, µs ≈ µk.

• Cuando en la superficie de contacto el deslizamiento está a punto de ocurrir, la fuerza de fricción estática máxima es proporcional a la fuerza normal, de manera que Fs =µsN.• Cuando está ocurriendo el deslizamiento en la superficie de contacto, la fuerza de fricción cinética es proporcional a la fuerza normal, de manera que Fk =µkN.

COEFICIENTES DE FRICCIÓN

La teoría de la fricción seca, o fricción de Coulomb, predice las fuerzas de fricción máximas que pueden ser ejercidas por superficies secas en contacto, y que se encuentran en reposo entre sí. También predice las fuerzas de fricción ejercidas por las superficies cuando éstas se encuentran en movimiento, o deslizamiento, relativo. Primero se considerarán las superficies que no están en movimiento relativo.

COEFICIENTE ESTÁTICO

La magnitud de la fuerza de fricción máxima que se puede ejercer entre dos superficies planas, secas, en contacto, que no están en movimiento relativo entre sí, es:

f = µsN,

Donde N es la componente normal de la fuerza de contacto entre las superficies y µs es una constante llamada coeficiente de fricción estática. Se supone que el valor de ms depende sólo de los materiales de las superficies en contacto y de sus condiciones (lisura y grado de contaminación por otros materiales). En la tabla 9.1 se muestran valores típicos de µs para distintos materiales. El intervalo relativamente grande de valores para cada par de materiales refleja la sensibilidad de µs respecto a las condiciones de las superficies. En las aplicaciones de ingeniería suele ser necesario medir el valor de ms para cada una de las superficies reales usadas.

EL COEFICIENTE CINÉTICO

De acuerdo con la teoría de la fricción seca, la magnitud de la fuerza de fricción entre dos superficies planas y secas en contacto, que están en movimiento (deslizamiento) relativo entre sí, es:

f = µkN

Donde N es la fuerza normal entre las superficies y µk es el coeficiente de fricción cinética. Se supone que el valor de µk depende solo de las composiciones de las superficies y de sus condiciones. Para un par de superficies dado, su valor es generalmente menor que el de µs.

ÁNGULOS DE FRICCIÓN

La reacción ejercida sobre una superficie debido a su contacto con otra se ha expresado en términos de sus componentes paralela y perpendicular a la superficie, la fuerza de fricción f y la fuerza normal N. En algunas situaciones es más conveniente expresar la reacción en términos de su magnitud R y del ángulo de fricción θ entre la reacción y la normal a la superficie. Las fuerzas f y N están relacionadas con R y θ por:

f = F sen θN = R cos θ

El valor de u cuando el deslizamiento es inminente se llama ángulo de fricción estática θs, y su valor cuando las dos superficies están en movimiento relativo se llama ángulo de fricción cinética θk. Usando las ecuaciones (9.1) a (9.4), los ángulos de fricción estática y cinética pueden expresarse en términos de los coeficientes de fricción:

tan θs = µs,

tan θk = µk.

BIBLIOGRAFIA

MECANICA VECTORIAL PARA INGENIEROS- Ferdinand P. Beer, E.Roussell Johnston, Jr, Eliiot R. Eisenberg

MECANICA VECTORIAL PARA INGENIEROS- R.C Hibbeler