Física/Estática/Rozamiento

Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción a la resistencia que se opone al movimiento (fuerza de fricción cinética) o a la tendencia al movimiento (fuerza de fricción estática) de dos superficies en contacto. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un ángulo (el ángulo de rozamiento) con la normal. Por tanto esta fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto.

Leyes del rozamiento para cuerpos sólidos

• La fuerza de rozamiento es de igual dirección y sentido contrario al movimiento del cuerpo.

En el movimiento de un automóvil la fuerza de rozamiento es la responsable de mover el auto hacia adelante y en este caso acompaña al movimiento. El auto no puede ejercer fuerza sobre si mismo.

• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente del área de la superficie de contacto.
• La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.
• La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto.
• Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es mayor en el momento de arranque que cuando se inicia el movimiento.
• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la velocidad con que se desplaza un cuerpo sobre otro.

Formulación matemática

Existen dos tipos de roce: El estático y el cinético o dinámico. El primero es aquel que impide que un objeto inicie un movimiento y es igual a la fuerza neta aplicada sobre el cuerpo, solo que con sentido opuesto (ya que impide el movimiento). El segundo es una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro es que el estático actúa cuando el cuerpo está quieto y el dinámico cuando está en movimiento.

El roce estático es siempre menor o igual al coeficiente de roce entre los dos objetos (número que se mide experimentalmente y está tabulado) multiplicado por la fuerza normal. El roce dinámico, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento, denotado por la letra griega $\mu \,$, por la normal en todo instante. No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinámico y el estático, pero se tiende a pensar que el estático es mayor que el dinámico, porque al permanecer en reposo ambas superficies, pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso micro soldaduras entre las superficies. Éste fenómeno es tanto mayor cuanto más perfectas son las superficies. Un caso más o menos común es el del gripaje de un motor por estar mucho tiempo parado (no solo se gripa por una temperatura muy elevada), ya que al permanecer las superficies del pistón y la camisa durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre sí.

Rozamiento estático

En el caso del rozamiento estático, existe un rango de fuerzas que pueden ser aplicadas al cuerpo y no una única como es el caso del roce dinámico. Para cualquier fuerza que cumpla con la expresión

$F_{r}\leq \mu _{e}N$

el cuerpo se mantendrá en reposo

$\mu _{e}\,$ es el coeficiente de roce estático.

$N$ es la fuerza normal entre ambas superficies.

Valores de los coeficientes de fricción

Coeficiente de rozamiento de algunas sustancias:

Coeficientes de rozamiento de algunas sustancias

Materiales en contacto	Fricción estática	Fricción cinética
Articulaciones humanas	0,22	0,003
Hielo // Hielo	0,1	0,03
Vidrio // Vidrio	0,9	0,4
Vidrio // Cuero	0,3	0,25
Vidrio // Madera	0,53	0,4
Madera // Cuero	0,5	0,4
Madera // Piedra	0,7	0,3
Madera // Madera	0,7	0,4
Acero // Madera	0,6	0,3
Acero // Acero	0,15	0,1
Acero // Vidrio	0,15	0,2
Acero // Hielo	0,03	0,02
Acero // Latón	0,5	0,4
Acero // Teflón	0,04	0,04
Teflón // Teflón	0,04	0,04
Caucho // Cemento (seco)	1,0	0,8
Caucho // Cemento (húmedo)	0,3	0,25
Cobre // Hierro (fundido)	1,1	0,3
Esquí (encerado) // Nieve (0ºC)	0,1	0,05