Fricción

Fricción, fuerza que resiste el deslizamiento o el rodamiento de un objeto sólido sobre otro. Las fuerzas de fricción, como la tracción necesaria para caminar sin resbalar, pueden ser beneficiosas, pero también presentan una gran oposición al movimiento. Alrededor del 20% de la potencia del motor de los automóviles se consume en superar las fuerzas de fricción de las piezas móviles.

La causa principal de la fricción entre metales parece ser las fuerzas de atracción, conocidas como adhesión, entre las regiones de contacto de las superficies, que son siempre microscópicamente irregulares. La fricción se produce por el cizallamiento de estas uniones «soldadas» y por la acción de las irregularidades de la superficie más dura que surcan la superficie más blanda.

Dos hechos experimentales sencillos caracterizan el rozamiento de los sólidos que se deslizan. En primer lugar, la cantidad de fricción es casi independiente del área de contacto. Si se tira de un ladrillo a lo largo de una mesa, la fuerza de fricción es la misma tanto si el ladrillo está tumbado como si está de pie. En segundo lugar, la fricción es proporcional a la carga o al peso que presiona las superficies entre sí. Si se tira de una pila de tres ladrillos a lo largo de una mesa, la fricción es tres veces mayor que si se tira de un solo ladrillo. Por lo tanto, la relación entre la fricción F y la carga L es constante. Esta relación constante se denomina coeficiente de rozamiento y se suele simbolizar con la letra griega mu (μ). Matemáticamente, μ = F/L. Dado que tanto la fricción como la carga se miden en unidades de fuerza (como libras o newtons), el coeficiente de fricción es adimensional. El valor del coeficiente de fricción para un caso de uno o más ladrillos que se deslizan sobre una mesa de madera limpia es de aproximadamente 0,5, lo que implica que se requiere una fuerza igual a la mitad del peso de los ladrillos sólo para superar la fricción y mantener los ladrillos en movimiento a una velocidad constante. La fuerza de rozamiento en sí misma se dirige de forma opuesta al movimiento del objeto. Dado que el rozamiento descrito hasta ahora se produce entre superficies en movimiento relativo, se denomina rozamiento cinético.

El rozamiento estático, en cambio, actúa entre superficies en reposo una respecto de la otra. El valor del rozamiento estático varía entre cero y la menor fuerza necesaria para iniciar el movimiento. Esta fuerza mínima necesaria para iniciar el movimiento, o para superar la fricción estática, es siempre mayor que la fuerza necesaria para continuar el movimiento, o para superar la fricción cinética.

El rozamiento por rodadura se produce cuando una rueda, una bola o un cilindro ruedan libremente sobre una superficie, como en los rodamientos de bolas y de rodillos. La principal fuente de rozamiento en la rodadura parece ser la disipación de la energía implicada en la deformación de los objetos. Si una bola dura rueda sobre una superficie plana, la bola se aplana un poco y la superficie plana se hunde un poco en las zonas de contacto. La deformación elástica o la compresión que se produce en la parte delantera de la zona de contacto es un obstáculo para el movimiento que no se compensa totalmente cuando las sustancias recuperan su forma normal en la parte trasera. Las pérdidas internas en las dos sustancias son similares a las que impiden que una pelota rebote hasta el nivel desde el que se deja caer. Los coeficientes de fricción por deslizamiento suelen ser de 100 a 1.000 veces mayores que los coeficientes de fricción por rodadura de los materiales correspondientes. Esta ventaja se materializó históricamente con la transición del trineo a la rueda. (Ver mecánica).