Fricción
Cuando un cuerpo está en movimiento, salvo en casos ideales o que nos digan lo contrario, aparecen rozamientos o fricciones que se oponen a este movimiento.
Dependiendo del tipo de movimiento que tenga el cuerpo, van a aparecer una serie de rozamientos u otros.
Entonces vamos a ver tres diferentes en este video.
El primero es el rozamiento estático, ¿cuándo aparece este rozamiento estático?
Pues este rozamiento surge cuando un cuerpo tiende a deslizar sobre otro.
Para explicar un poco este tipo de rozamiento aparecen las tres leyes de Coulomb.
La primera de ellas dice que la fuerza de rozamiento máxima no depende del área de las superficies en contacto, es decir, no depende del tamaño o de la cantidad de superficie que haya en contacto entre ellas.
De lo que sí que depende según nos dice la segunda ley de Coulomb es del estado y de la naturaleza de dichas superficies.
Es decir, depende del tipo de materiales que tengamos en contacto, depende de la rugosidad superficial que tengan, etcétera.
Finalmente, la tercera ley de Coulomb, dice que la fuerza de rozamiento máxima es proporcional a la componente normal de la interacción mutua entre las superficies.
Entonces, si conocemos esta componente normal, sabremos que la fuerza de rozamiento máxima es proporcional a ella.
Vamos a ver un poco más sobre esta fuerza de rozamiento estática.
Como veis aquí en el gráfico, la fuerza de rozamiento estática no es una constante, sino que va a depender de la fuerza aplicada sobre el cuerpo, de forma que a mayor fuerza aplicada tendremos una mayor fuerza de rozamiento estático, pero esto no llega hasta el infinito, sino que tiene un valor máximo.
¿Cuál es este valor máximo?
Pues se puede calcular este valor máximo y es el coeficiente de rozamiento estático por la normal.
Esta componente de la que nos estaba hablando antes Coulomb.
¿Qué ocurre
cuando la fuerza aplicada es mayor que este punto?
Pues que el cuerpo va a empezar a deslizar.
En el caso de que deslice la fuerza rozamiento que entrar en juego es la fuerza de rozamiento dinámica o cinética.
Su expresión es similar a la fuerza de rozamiento estático, lo que pasa que aquí la constante de proporcionalidad entre la fuerza de rozamiento y la normal es diferente.
Pasamos de tener el coeficiente de rozamiento estático a tener el coeficiente de rozamiento cinético o dinámico y, en todos los casos el coeficiente de rozamiento cinético va a ser menos que el coeficiente de rozamiento estático.
Por lo tanto, si seguimos la fuerza de rozamiento a medida que aumentamos la fuerza aplicada, veremos que inicialmente este aumenta proporcionalmente a la fuerza aplicada hasta un valor máximo, en el cual el cuerpo empieza a deslizar, la fuerza de rozamiento cae ligeramente y, a partir de ese punto, se mantiene constante en el valor dado por la ecuación de la fuerza de rozamiento cinética.
Esto es lo que ocurre cuando un cuerpo tiende a deslizar sobre otro, pero tenemos también otro tipo de movimientos que pueden ocurrir entre los cuerpos.
Estos movimientos van a ser la rodadura y el pivotamiento.
Vamos a ver qué ocurre cuando tenemos rodadura o pivotamiento entre los cuerpos.
Pues en principio, en el caso ideal, si veis estas imágenes, el rozamiento entre un cuerpo que está rodando o un cuerpo que está pivotando y la superficie, se debería dar el contacto sólo en un único punto, un único punto que además tendría velocidad cero.
Por lo tanto, de forma ideal y sólo de forma ideal, lo que ocurriría es que no existe rozamiento cuando un cuerpo está rodando o pivotado.
Pero ya sabemos que las cosas nunca son ideales, tenemos una una serie de factores que hacen que nos desviamos de esta idealidad.
¿Qué ocurre en el caso de la rodadura?
En el caso de la rodadura lo que ocurre es que en realidad los cuerpos nunca son cien por cien indeformables, sino que se produce una pequeña deformación en el contacto con la superficie.
Entonces lo que ocurre es que en lugar de tener solamente un punto de contacto, vamos a tener una superficie de contacto, que va a hacer que aparezca esta fricción que se opone al movimiento.
Y esta fricción va a aparecer de dos formas diferentes.
Por un lado, va aparecer como un momento resistente, un momento resistente que se va a oponer a que este cuerpo siga rodando.
El valor del momento resistente será el valor de la normal por Delta.
Delta, ¿qué es?
Delta es el coeficiente de resistencia a la rodadura.
Sus dimensiones son de longitud.
Aparte de aparecer este momento que se opone a que ruede, también va a aparecer una fuerza de rozamiento, que se va a poner a que deslice.
Esta fuerza de rozamiento genera este momento.
Entonces la fuerza de rozamiento, nos encontramos que aparece en el sentido contrario al que nos esperaríamos.
También la ecuación para esta fuerza de rozamiento será un coeficiente de rozamiento por la normal.
¿Cuándo vamos a tener equilibrio, es decir, cuándo este cuerpo no va a rodar ni a deslizar?
Pues tendremos equilibrio cuando el momento resistente sea menor que la normal por ese coeficiente y cuando la fuerza de rozamiento sea menor que el coeficiente de rozamiento por la normal.
En este caso, cuando se cumplan estas dos condiciones, lo que tenemos es el cuerpo en equilibrio.
Esto respecto a la rodadura.
¿Qué ocurre con el pivotamiento?
Pues vamos a ver una situación real de pivotamiento.
Al igual que en el caso de la rodadura, lo que nos encontramos cuando analizamos un movimiento real es que no tenemos un punto de contacto, sino que este cuerpo se deforma ligeramente y entonces aparece una superficie de contacto.
¿Qué genera la aparición de esta superficie de contacto?
Aquí sólo vamos a tener una resistencia al movimiento, que es un momento.
A este momento le llamaremos M_p, para indicar que es resistencia al pivotamiento, y tendremos que es igual a la normal por Epsilon, Epsilon es otro parámetro, que de nuevo va a tener unidades de longitud.
¿Cuándo tenemos equilibrio?
Pues al igual que en la situación de antes, tendremos equilibrio cuando el momento resistente al pivotamiento sea menor que la normal por el parámetro Epsilon.
Y así es cómo podemos analizar movimientos reales y la fricción que aparece en ellos.
