Rozamiento FÍS.

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Física

Fuerza tangencial entre cuerpos en contacto que se opone al movimiento de un cuerpo cuando éste se desliza sobre `otro. El r. se manifiesta cuando un objeto se mueve sobre otro, y es debido a que las superficies, aun cuando estén pulidas, presentan protuberancias microscópicas. Estas protuberancias encajan más o menos unas en otras, según sea la calidad de las sustancias; a igualdad de materiales, puesto que las rugosidades son análogas, la resistencia será mayor. Éste es el motivo por el que los engranajes suelen tener las ruedas de sustancias distintas; así, p. ej., una rueda dentada de bronce engranará con menor r. con una de fibra que con una de bronce.

Puestas así las cosas, parece ser que el r. es un obstáculo, algo que estorba y que sería deseable no existiera. Ciertamente, si no existiera r., un vehículo en movimiento sobre una superficie horizontal permanecería con su velocidad sin aporte energético de ninguna clase. Ahora bien, si no fuera por el r., ese móvil no podría iniciar su marcha ni tampoco detenerse en un momento dado; ambas acciones, acelerar y frenar, son posibles porque entre rueda y pavimento existe un r. y ambos se "agarran"; de no haberlo, resbalarían. Si tomamos un cilindro de una determinada sustancia y lo lanzamos sobre una superficie con el mismo impulso, alcanzará mayor distancia si lo hacemos rodar que si lo hacemos deslizar sobre una de sus bases. En ambos casos el peso es el mismo y, sin embargo, el r. es distinto. Hay dos tipos de r.: el de fricción o deslizamiento y el de rodadura.

Rozamiento por deslizamiento. Hagamos deslizar un objeto sobre una superficie horizontal, tal como muestra la figura, de manera que, mediante contrapesos, podamos variar la fuerza f que le obliga a desplazarse. Inicialmente, el cuerpo está en reposo. Las fuerzas que actúan son, simplemente, el peso del cuerpo y la reacción del plano. Al aplicar una pequeña fuerza el cuerpo no se mueve, porque aparece otra, igual y de sentido contrario, que se lo impide: el r. Aumentando la fuerza se alcanza un valor umbral capaz de iniciar el movimiento del cuerpo.

Si sobrecargamos el objeto a deslizar y vamos anotando las fuerzas umbrales, observaremos que éstas son directamente proporcionales a la reacción ejercida por el plano. Es decir, podremos escribir f=k.N, siendo k la constante de proporcionalidad, característica de las superficies que rozan, y que recibe el nombre de coeficiente de rozamiento. Puesto que tanto f como N tienen las dimensiones de una fuerza, k será una magnitud adimensional, independiente del sistema de unidades que se utilice.

Ya iniciada la marcha, -para que el cuerpo siga un movimiento uniforme es necesario disminuir el valor de la fuerza aplicada. Esta fuerza contrarrestra los efectos de la de r. cuando el móvil está en movimiento. Se pueden distinguir dos coeficientes de r.: el inicialmente citado, coeficiente de r. estático, k,, y el coeficiente de r. dinámico, kd, siendo éste menor que aquél.

Considerando el deslizamiento de un objeto por un plano inclinado, tal como muestra la figura, se consigue una interpretación intuitiva del coeficiente de r. Partiendo del plano horizontal aumentamos paulatina y progresivamente el ángulo de pendiente. El objeto iniciará el deslizamiento en el instante en que la fuerza f sea igual a la fuerza umbral. El peso mg puede considerarse descompuesto en dos fuerzas, una normal al plano y anulada por la reacción de éste, y otra tangencia¡ al mismo, f, que tiende a hacer deslizar el objeto. El ángulo formado por los vectores N y mg es igual al de pendiente, por lo que podremos escribir f =N tag a y comparándola con la expresión deducida anteriormente ke=tag a.

El coeficiente de r. estático viene dado por la tangente del ángulo del plano inclinado que permite iniciar la marcha del móvil. El ángulo necesario, siempre menor, para mantener el movimiento uniforme del móvil en su descenso permitirá determinar el coeficiente de r. dinámico, kd=tag a, siendo a el ángulo que permite el movimiento uniforme.

Rozamiento de rodadura. Se produce al rodar un cuerpo sobre una superficie, como consecuencia de una deformación en la misma y otra en el propio cuerpo, ya que no son absolutamente rígidos. Su origen está en la diferente modificación de la deformación de las superficies de contacto en la parte posterior y anterior, hacia donde avanza el cuerpo. Las reacciones normales a lo largo de la zona de deformación varían, siendo mayor en la zona anterior según el sentido del movimiento; esta diferencia determina que la fuerza de reacción resultante origine un par que tiende a oponerse al sentido del movimiento por rodadura. El momento del par M que se opone al movimiento es proporcional a la reacción normal total N M=K-IN.

Siendo K,, el coeficiente de proporcionalidad al que se denomina coeficiente de forzamiento a la rodadura. El valor de K,, es mucho menor que en el caso de deslizamiento.

A. ASCASO LIRIA,

BIBL.: J. CABRERA, Física teórica, I, Zaragoza 1966; J. PALACIOS, Mecánica física, Madrid 1949; H. CABANNES, Curso de Mecánica general, Barcelona 1967; P. APPEL, Traité de Mécanique Rationnelle, I y II, París 1953; G. BRUHAT, Mécanique, París 1955.