Que es el Rozamiento?, Porque hay rozamiento?

TEORÍA FÍSICA QUE EXPLICA EL ORIGEN DEL ROZAMIENTO

 

TEORIA DEL ROZAMIENTO

 

 

 

 

Astrónomos Antiguos

Ley de Gravitación

Henry Cavendish

La Mecánica Clásica

Revolución Científica


Quien intente deslizar un bote sobre una playa seca y plana encontrará una considerable oposición. La fuerza que tiende a oponerse al deslizamiento de un sólido sobre otro se denomina rozamiento. El rozamiento forma parte de nuestra vida diaria. Por ejemplo, no podríamos caminar si nuestros pies no se aferraran por rozamiento al piso. Los frenos de un automóvil utilizan el rozamiento entre las cintas de freno y la campana del mismo, móvil, para detenerlo. Desde luego, este efecto tiene, también, un factor desventajoso. La fricción entre las partes móviles de cualquier máquina es la causa principal de su desgaste.

La fuerza de rozamiento entre dos sólidos no depende de las superficies en contacto. Esto puede parecer sorprendente a menos que recordemos que aun las superficies más pulidas son en realidad como diminutas cadenas montañosas; sólo toman contacto entre sí en los pocos lugares en que los picos de una descansan sobre los picos de la otra. La fuerza de frotamiento depende, en cambio, de la fuerza que comprime una superficie contra la otra.

En el caso de un objeto apoyado sobre una superficie horizontal, la fuerza de frotamiento que se opone a todo intento de hacerlo deslizar es directamente proporcional al peso del objeto. En otras palabras, la relación entre la fuerza de rozamiento y la carga es constante. Esta relación se denomina coeficiente de fricción por deslizamiento. Varía de un par de sustancias a otro.

A la escala atómica, aun la superficie más finamente pulida está muy lejos de ser plana. Por ejemplo, la figura de mas abajo, muestra el perfil real, considerablemente amplificado, de una superficie de acero que pudiera considerarse como muy bien pulida. Fácilmente podemos creer que al colocar dos cuerpos de este tipo en contacto, el área real microscópica de contacto es mucho menor que el área macroscópica aparente de contacto; en un caso especial estas áreas pueden estar fácilmente en la relación de 1 a 104.

La superficie real (microscópica) de contacto es proporcional a la fuerza normal, porque las puntas de contacto se deforman plásticamente bajo los grandes esfuerzos que se desarrollan en estos puntos. De hecho, muchos puntos de contacto quedan “soldados en frío” entre sí. Este fenómeno, la adherencia superficial, se debe a que en los puntos de contacto, las moléculas, en las caras opuestas de la superficie, están tan cercanas unas a las otras que ejercen fuerzas intermoleculares intensas entre si.

Cuando un cuerpo (digamos un metal) se jala sobre la superficie de otro, la resistencia por rozamiento está relacionada con la ruptura de esos millares de pequeñas soldaduras, que continuamente se vuelven a formar conforme se presentan nuevas oportunidades de contacto. Experimentos con rastreadores radiactivos han permitido averiguar que, en el proceso de ruptura, pequeños fragmentos de una superficie metálica pueden ser arrancados y quedar adheridos a la otra superficie. Si la rapidez relativa del movimiento de las dos superficies es suficientemente grande, puede haber una fusión local en ciertas zonas de contacto, aun cuando la superficie en conjunto pueda sentirse sólo ligeramente caliente.

El coeficiente de rozamiento depende de muchas variables, tales como la naturaleza de los materiales, el acabado superficial, películas superficiales, temperatura y grado de contaminación. Por ejemplo, si en un recipiente al alto vacío se colocan dos superficies metálicas que se han limpiado cuidado­samente y como consecuencia del vacío no se pueden formar películas de óxido en las superficies, el coeficiente de rozamiento se eleva a valores enorme’­y las superficies quedan, de hecho, firmemente “soldadas” entre sí. Al dejar penetrar una pequeña cantidad de aire al recipiente de modo que puedan formarse películas de óxido en las superficies opuestas, el coeficiente de rozamiento se reduce a su valor “normal”.

Con estas complicaciones no es sorprendente que no haya una teoría exacta del rozamiento en seco y que las leyes del mismo sean empíricas. Sin embargo, la teoría de la adherencia superficial en el rozamiento entre metales conduce a comprender fácilmente las dos leyes del rozamiento mencionadas anteriormente. (1) El área microscópica de contacto que determina la fuerza de rozamiento fk. es proporcional a la fuerza normal N y, por consiguiente, fk es proporcional a N, como lo muestra la Figura.

El hecho de que la fuerza de rozamiento sea independiente del área aparente de contacto, significa, por ejemplo, que la fuerza que se requiere para arrastrar un “ladrillo” de metal sobre una mesa metálica es la misma, cualquiera que sea la cara del ladrillo que esté en contacto con la mesa. Podemos entender esta circunstancia solamente si el área microscópica de contacto es la misma para todas las posi­ciones del ladrillo, y en efecto, así es.

cubiertas de automovil

El "dibujo" de las cubiertas de automóvil tiene por objeto fundamental mejorar su adherencia en caminos mojados o grasosos. Una cubierta lisa no puede hacer contacto con la superficie húmeda, porque lo película de agua atrapada bajo aquella actúa como lubricante. Pero si la cubierta posee una cantidad de superficies de goma separadas entre sí, cada trozo de! dibujo hace contacto con la superficie del camino, porque el agua es desalojada hacia esos espacios intermedios.


Cuando se apoya sobre la cara más grande, hay un número relativamente grande de superficies de contacto relativamente pequeñas que sostienen la carga; cuando se apoya sobre la cara más pequeña existe menor número de contactos (porque el área aparente de contacto es menor), pero el área de cada contacto individual es mayor exac­tamente en la misma proporción debido a la mayor presión ejercida por el ladrillo que está sostenido sobre este menor número de contactos que soportan la misma carga. La fuerza de rozamiento que se opone a que un cuerpo ruede sobre otro es mucho menor que la fuerza necesaria para el resbalamiento, y, de hecho, ésta es la ventaja de la rueda sobre el trineo.

La reducción de rozamiento que se obtiene, se debe, sobre todo, al hecho de que en el rodamiento, las soldaduras en los contactos microscópicos son “peladas” más bien que “cortadas” como tiene que hacerse en el rozamiento por resbalamiento. Esta circunstancia puede reducir la fuerza de rozamiento hasta 1000 veces.

La resistencia al rozamiento por deslizamiento en superficies secas se puede reducir considerablemente mediante la lubricación. En el mural de una gruta en Egipto fechado 1900 A. c. se ve una gran estatua de piedra que se va deslizando en una rastra mientras un hombre, enfrente de la rastra, va echando aceite lubricante en su camino. Una técnica mucho más efectiva es introducir una capa de gas entre las superficies que resbalan; el “disco de hielo seco” y la chumacera sobre soportes de gas, son ejemplos.

Se puede reducir el rozamiento todavía más, suspendiendo un objeto en rotación en un espacio vacío por medio de fuerzas magnéticas. Por ejemplo, J. W. Beams ha hecho girar un rotor de 13.6 Kg. de este tipo a 1.000 rev/seg; cuando se suspendió la fuerza impulsora, el rotor perdió velocidad a razón de solamente 1 rev/seg por día.

El frotamiento por rodaje es mucho menor que el que se produce por deslizamiento. Por eso es mucho más fácil hacer rodar un tronco que tratar de arrastrarlo, y explica el hecho de que la rueda sea un implemento imprescindible para casi todos los vehículos terrestres. Por el mismo motivo, los rodamientos de bolilla sirven para facilitar los movimientos y disminuir el desgaste de cualquier pieza en movimiento. La energía gastada en vencer las fuerzas de rozamiento se convierte en calor. Un ejemplo convincente de esto es el antiguo método de encender fuego frotando dos maderas entre sí. El calor producido por el rozamiento entre el vehículo espacial y la atmósfera, cuando retorna a Tierra, es uno de los mayores peligros para los astronautas. Éste es, quizás, el mejor ejemplo de lo antedicho. Efectivamente, en su entrada en la atmósfera, una cápsula espacial se consumiría como una tea si no estuviera acorazada y aislada por un escudo refractario capaz de soportar los 900° C producidos por la tremenda fricción. Las fuerzas de frotamiento que se oponen al movimiento entre las moléculas de gases y líquidos se denomina viscosidad. Se estudiará en un artículo posterior.

LA FRICCIÓN DE ROZAMIENTO
La otra fuerza que se opone al movimiento de la pelota o de cualquier otro cuerpo es, según hemos dicho, la fricción.

rozamiento


Si pretendemos empujar sobre el suelo un cajón pesado, debemos realizar un gran esfuerzo muscular, puesto que las superficies del cajón y del suelo no están perfectamente pulidas y la aspereza del uno y del otro, como es natural, provocan una resistencia al movimiento, que se llama fricción de rozamiento.
Diremos pues que: Se produce la fricción de rozamiento cuando un cuerpo roza sobre otro. Se comprende fácilmente que cuanto más pesado es el cuerpo y más irregulares las superficies de roce, tanto mayor será la fricción.

LA FRICCIÓN DE RODAMIENTO
Efectuemos ahora lo que hicieron hace miles y miles de años nuestros antepasados: coloquemos rodillos debajo del cajón y veremos que para impulsarlo se requiere un esfuerzo mucho menor que el anterior, pero con todo, se necesitará asimismo cierto esfuerzo muscular, porque siempre subsisten irregularidades en el rodillo y en el suelo, que generan una resistencia al movimiento.

friccion rodamiento

Existe fricción de rodamiento si un cuerpo rueda sobre otro. Pero habremos comprobado, que a igualdad de peso que comprime, la fricción de rodamiento es mucho menor que la fricción de rozamiento. Ello explica por qué la invención de la rueda, lograda unos 3.000 años a. C., fue una etapa fundamental en la historia de la civilización.

¿ÚTIL 0 PERJUDICIAL?
¿Es la fricción un inconveniente? ¿Es deseable? Indudablemente, para las máquinas representa un obstáculo, dado que absorbe una gran parte de la potencia desarrollada, y por ello se hace todo íc posible para disminuir la fricción. Las piezas móviles de las máquinas se construyen sumamente pulidas, y durante el movimiento se lubrican con aceites especiales, llamados precisamente lubricantes.

La función de los lubricantes es la de formar una delgadísima película sobre las superficies de roce, que disminuye la fricción y hace "resbalar" las asperezas de ambas superficies.Uno de los mejores sistemas para evitar la fricción consiste en el empleo de cojinetes de bolillas, inventados en 1907, para hacer girar los ejes.Por otra parte, sin fricción, nuestra vida sería imposible.

No podríamos dar un paso, ni siquiera realizar el más mínimo movimiento; porque no habiendo fricción entre el suelo y las plantas de los pies, no tardaríamos en caer. No podrían moverse los vehículos, ya que las ruedas girarían sin tomar contacto con el asfalto, y tampoco funcionarían los frenos.Para finalizar, cabe reconocer que aunque las resistencias del medio y de la fricción cuestan dinero y fatiga, vemos que nuestro mundo está perfectamente coordinado, y lamentarse sería francamente injusto.

 

Fuente Consultada:
Física I Resnick - Halliday
Revista TECNIRAMA N°30

Biografías - Todo Argentina - Maravillas del Mundo - Historia Universal - Juegos Pasatiempo

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