Fisica General Burbano

ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO 121
B) ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO
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VI – 4. Introducción
Hasta ahora en la mayor parte de los problemas hemos considerado superficies lisas y cuerpos
en contacto que podían moverse sin rozamiento, hacer esto es una simplificación del fenómeno
puesto que no existen superficies perfectamente lisas, y siempre aparecen las fuerzas de rozamiento,
que son limitadas y no impedirán el movimiento cuando las fuerzas aplicadas sean lo suficientemente
grandes.
Hay dos tipos de rozamiento o fricción: ROZAMIENTO SECO también llamado ROZAMIENTO DE COU-
LOMB que se presenta en las superficies de contacto entre dos sólidos no lubricados, y ROZAMIENTO
FLUIDO. Del primero estudiaremos el de deslizamiento, el estático y el de rodadura; de los dos primeros
nos ocuparemos en la siguiente cuestión; la resistencia a la rodadura será objeto de análisis
en el estudio del sólido rígido (Capítulo XI, párrafo 14). En cuanto al rozamiento entre fluidos (líquidos
y gases) ya nos hemos ocupado en parte, en problemas; analizaremos más puntualmente
este fenómeno en el capítulo XII.
Hemos visto que las fuerzas primarias en la naturaleza las reducíamos a cuatro tipos: gravitacionales,
electromagnéticas, nucleares fuertes y débiles. Fuerzas tales como las de rozamiento, las
tensiones de las cuerdas, la fuerza que ejerce un muelle comprimido o extendido, la fuerza que
ejerce el suelo sobre un cuerpo o la pared al empujarla, las fuerzas que se oponen a que un objeto
se rompa, ..., de todas ellas decimos que son macroscópicas, y su origen mayoritariamente está en
las fuerzas electromagnéticas de atracción o repulsión entre los átomos y moléculas (fuerzas de enlace),
haciendo esto que sea imposible realizar un análisis utilizando estas interacciones puesto que
el número de partículas que intervienen en ellas es muy elevado, se tienen que tratar de forma colectiva.
Las ecuaciones que plantearemos tanto en el estudio del rozamiento como en el de muelles,
que abordaremos a continuación, son aproximaciones empíricas, es decir obtenidas de forma
experimental, no habiendo un total entendimiento de estos fenómenos.
Las fuerzas de rozamiento son DISIPATIVAS. Hay ocasiones en que las fuerzas de rozamiento son
indeseables, como ocurre en las máquinas, provocando pérdidas de potencia y desgaste de sus
piezas móviles, para reducir estos efectos los ingenieros emplean muchas horas de su trabajo; así
por ejemplo: en los coches, alrededor de un 20% de su potencia se emplea en contrarrestar las
fuerzas de rozamiento. No siempre son indeseables puesto que sin ellas seríamos incapaces de caminar,
el rozamiento entre los pies y el suelo nos permite avanzar y detenernos; las ruedas no
podrían rodar puesto que patinarían y un coche no podría tomar una curva...
VI – 5. Resistencia al deslizamiento
El ROZAMIENTO es una fuerza que se opone al movimiento de los cuerpos, al deslizarse sobre la
superficie de otro. Surge entre los cuerpos que están en «contacto» tanto entre los que se encuentran
en reposo (ROZAMIENTO ESTÁTICO) como entre los que se mueven (ROZAMIENTO DINÁMICO). La
primera observación que confirma la existencia de la fuerza de rozamiento dinámico la veíamos en
el capítulo anterior al hacer el estudio de la inercia, veíamos que al comunicar un «impulso» a un
cuerpo apoyado en una superficie horizontal deberían adquirir un movimiento rectilíneo y uniforme:
sin embargo observamos que va disminuyendo su velocidad hasta pararse, lo que indica la
existencia de la fuerza de rozamiento que actuará en la misma dirección que la velocidad pero en
sentido contrario a ella. La existencia de la fuerza de rozamiento estático la podemos corroborar
observando la siguiente experiencia: consideremos un cuerpo de peso P que se encuentra sobre
una superficie horizontal, al aplicarle una fuerza horizontal F que no saca del reposo al cuerpo; las
fuerzas F y P tendrán como resultante F 1
(Fig. VI-5) y evidentemente para que haya equilibrio es
preciso que esté compensada por la F 2
; si descomponemos ésta en dos, una N normal al plano y
otra R e
paralela a él, N será la reacción del suelo (fuerza que el plano horizontal ejerce sobre el
cuerpo) que es igual y de sentido contrario a P y R e
será la resistencia al movimiento igual y de
sentido contrario a F.
La leyes sobre el rozamiento por deslizamiento tanto estático como dinámico fueron establecidas
experimentalmente hacia 1779 por Charles Coulomb (1736-1806), razón por las que las denominamos
FUERZAS DE ROZAMIENTO DE COULOMB. Un experimento que nos confirman estas leyes
puede realizarse con el dispositivo de la Fig. VI-6, en el que vamos colgando del hilo que pasa por
la polea, pesos cada vez mayores, observaremos, al comienzo, que el cuerpo apoyado en el plano
horizontal no se mueve; el peso que, en cada caso, pende del hilo, nos mide el rozamiento estático.
Para que se inicie el movimiento del cuerpo es necesaria una fuerza mínima (peso pendiente, en
nuestro caso) la cual nos determina el MÁXIMO ROZAMIENTO ESTÁTICO. Tal fuerza es algo mayor que
la necesaria para conservar una velocidad constante del cuerpo, en su deslizamiento (ROZAMIENTO
DINÁMICO).
Para un mejor entendimiento del párrafo anterior resolvemos el siguiente PROBLEMA numérico:
un cuerpo está apoyado en una superficie horizontal; ¿cuánto vale el rozamiento?— Cero. Le aplicamos
una fuerza horizontal de 0,1 kp y no se mueve.— El rozamiento estático es 0,1 kp. Al aplicarle
0,2 kp horizontalmente el cuerpo inicia su movimiento.— El rozamiento estático máximo es
Fig. VI-5.– Fuerza de rozamiento estático.
Fig. VI-6.– Dispositivo para observar
las propiedades de la fuerza de rozamiento.