|
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. 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.
|
